设计模式学习教程：原型模式

原型（Prototype）是什么意思？工业生产中通常是指在量产之前研发出的概念实现，如果可行性满足即可参照原型进行量产。有人说了，那不就是印章？其实这并不怎么贴切，印章并不是最终实例，我更愿意称其为“类”！

呃……僵尸脸花泽类经世名言：想哭的时候就道理，这样眼泪就不会流出来了。（尼玛，都流脑子里了吧！）

言归正传，大家一定见过这种印章吧，就是皮带轮可以转动，可随意调整成自己需要的文字，其实跟我们的四大发明活字印刷同出一辙，我们填完表格签好字，行政人员拿这个往上一盖，一个日期便出现在落款出。

其实当行政人员调整好了文字，照纸上盖下去那一刹那，其实就类似于实例化的过程了，new Stamp();每个盖出的印都可以不一样，例如我们更换了日期，那么每天都有不同日期的实例了，那有人意识到了，同一天的那些实例们，其实是完全一模一样的实例拷贝，那这就比较麻烦，每个文档都要用章子（类）去盖（实例化）一下。

好了，让我们忘掉盖章实例化模式吧。通常我们都是怎样做协议书的呢？搞一个Word文档吧，写好后复制给别人修改就好了。

注意了，行政人员要新建一个word文档了，这个过程其实是在实例化，我们暂且叫它“零号”文件，那当写好了文档后，把这个文件复制给其他公司员工去填写，那么这个零号文件我们就称之为“原型”。

想必我们已经搞明白了，原型模式，实际上是从原型实例复制克隆出新实例，而绝不是从类去实例化，这个过程的区别一定要搞清楚！OK，那开始我们的实战部分。

假设我们要做一个打飞机游戏，游戏设定位纵版移动，单打。

既然是单打，那我们的主角飞机当然只有一架，于是我们写一个单例模式（设计模式是什么鬼（单例）），此处我们省略主角代码。那么敌机呢？当然有很多架了，好，为了说明问题我们去繁就简，先写一个敌机类。

 1public class EnemyPlane {
 2    private int x;//敌机横坐标
 3    private int y = 0;//敌机纵坐标
 4
 5    public EnemyPlane(int x) {//构造器
 6        this.x = x;
 7    }
 8
 9    public int getX() {
10        return x;
11    }
12
13    public int getY() {
14        return y;
15    }
16
17    public void fly(){//让敌机飞
18        y++;//每调用一次，敌机飞行时纵坐标＋1
19    }
20}

代码第5行，初始化只接收x坐标，因为敌机一开始是从顶部出来所以纵坐标y必然是0。此类只提供getter而没有setter，也就是说只能在初始化时确定敌机的横坐标x，后续是不需要更改坐标了，只要连续调用第17行的fly方法即可让飞机跟雨点一样往下砸。

好了，我们开始绘制敌机动画了，先实例化出50架吧。

 1public class Client {
 2    public static void main(String[] args) {
 3        List<EnemyPlane> enemyPlanes = new ArrayList<EnemyPlane>();
 4
 5        for (int i = 0; i < 50; i++) {
 6            //此处随机位置产生敌机
 7            EnemyPlane ep = new EnemyPlane(new Random().nextInt(200));
 8            enemyPlanes.add(ep);
 9        }
10
11    }
12}

注意代码第7行，觉不觉得每个迭代都实例化new出一个对象存在性能问题呢？答案是肯定的，这个实例化的过程是得不偿失的，构造方法会被调用50次，cpu被极大浪费了，内存被极大浪费了，尤其对于游戏来说性能瓶颈绝对是大忌，这会造成用户体验问题，谁也不希望玩游戏会卡帧吧。

那到底什么时候去new？游戏场景初始化就new敌机（如以上代码）？这关会出现500个敌机那我们一次都new出来吧？浪费内存！那我们实时的去new，每到一个地方才new出来一个！浪费CPU！如果敌机线程过多造成CPU资源耗尽，每出一个敌机游戏会卡一下，试想一下这种极端情况下，游戏对象实例很多的话就是在作死。

解决方案到底是什么呢？好，原型模式Prototype！上代码！我们把上面的敌机类改造一下，让它支持原型拷贝。

 1public class EnemyPlane implements Cloneable{//此处实现克隆接口
 2    private int x;//敌机横坐标
 3    private int y = 0;//敌机纵坐标
 4
 5    public EnemyPlane(int x) {//构造器
 6        this.x = x;
 7    }
 8
 9    public int getX() {
10        return x;
11    }
12
13    public int getY() {
14        return y;
15    }
16
17    public void fly(){//让敌机飞
18        y++;//每调用一次，敌机飞行时纵坐标＋1
19    }
20
21    //此处开放setX，为了让克隆后的实例重新修改x坐标
22    public void setX(int x) {
23        this.x = x;
24    }
25
26    //为了保证飞机飞行的连贯性
27    //这里我们关闭setY方法，不支持随意更改Y纵坐标
28//    public void setY(int y) {
29//        this.y = y;
30//    }
31
32    //重写克隆方法
33    @Override
34    public EnemyPlane clone() throws CloneNotSupportedException {
35        return (EnemyPlane)super.clone();
36    }
37}

注意看从第21行开始的修改，setX()方法为了保证克隆飞机的个性化，因为它们出现的位置是不同的。第34行的克隆方法重写我们调用了父类Object的克隆方法，这里JVM会进行内存操作直接拷贝原始数据流，简单粗暴，不会有其他更多的复杂操作（类加载，实例化，初始化等等），速度远远快于实例化操作。OK，我们看怎么克隆这些敌机，做一个造飞机的工厂吧。

 1public class EnemyPlaneFactory {
 2    //此处用痴汉模式造一个敌机原型
 3    private static EnemyPlane protoType = new EnemyPlane(200);
 4
 5    //获取敌机克隆实例
 6    public static EnemyPlane getInstance(int x){
 7        EnemyPlane clone = protoType.clone();//复制原型机
 8        clone.setX(x);//重新设置克隆机的x坐标
 9        return clone;
10    }
11}

此处我们省去抓异常，随后的事情就非常简单了，我们只需要很简单地调用EnemyPlaneFactory.getInstance(int x)并声明x坐标位置，一架敌机很快地就做好了，并且我们保证是在敌机出现的时候再去克隆，确保不要一开局就全部克隆出来，如此一来，既保证了实时性节省了内存空间，又保证了敌机实例化的速度，游戏绝不会卡帧！至于此处代码中的懒汉原型还可以怎样优化那就要根据具体场景了，交给大家自由发挥吧，这里只说明主要问题。

最后，还要强调一点就是浅拷贝和深拷贝的问题。假如我们的敌机类里有一颗子弹bullet可以射击我们的主角，如下。

1public class EnemyPlane implements Cloneable{
2    private Bullet bullet = new Bullet();
3    private int x;//敌机横坐标
4    private int y = 0;//敌机纵坐标
5
6    //之后代码省略……
7}

我们都知道Java中的变量分为原始类型和引用类型，所谓浅拷贝只是拷贝原始类型的指，比如坐标x, y的指会被拷贝到克隆对象中，对于对象bullet也会被拷贝，但是请注意拷贝的只是地址而已，那么多个地址其实真正指向的对象还是同一个bullet。

由于我们调用父类Object的clone方法进行的是浅拷贝，所以此处的bullet并没有被克隆成功，比如我们每架敌机必须携带的子弹是不同的实例，那么我们就必须进行深拷贝，于是我们的代码就得做这样的改动。

 1public class EnemyPlane implements Cloneable{
 2    private Bullet bullet = new Bullet();
 3
 4    public void setBullet(Bullet bullet) {
 5        this.bullet = bullet;
 6    }
 7
 8    @Override
 9    protected EnemyPlane clone() throws CloneNotSupportedException {
10        EnemyPlane clonePlane = (EnemyPlane) super.clone();//先克隆出敌机，其中子弹还未进行克隆。
11        clonePlane.setBullet(this.bullet.clone());//对子弹进行深拷贝
12        return clonePlane;
13    }
14
15    //之后代码省略……
16}