【设计模式】原型模式

问题

一个游戏程序例如微信的打飞机游戏，游戏中需要多个敌机实例，假如需要1000个敌机实例对象，我们该怎么创建这些对象？

一种可行的做法是：游戏还未开始之前，也就是游戏的加载阶段我们就实例化了这一关卡的所有1000架敌机，这种做法看似没有任何问题，然而效率却是非常低的。我们知道在游戏画面上根本没必要同时出现这么多敌机，而在游戏还未开始之前，也就是游戏的加载阶段我们就实例化了这一关卡的所有1000架敌机，这不但使加载速度变慢，而且是对有限内存资源的一种浪费。

另一种方法是：“懒加载”，随着游戏的进行，需要新的敌机出现时，再New一个敌机实例出来。然而这种方法依然可能有性能问题，基于类的实例化过程需要调用类的构造方法，如果这个构造方法很复杂或者需要大量的CPU资源（在大型游戏中，这个假设是很有可能的），那么可能会造成游戏卡顿。

一个很好的解决方法是使用——原型模式

定义

原型模式（Prototype Pattern）：使用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。原型模式是一种对象创建型模式。

说人话就是：用实例对象创建实例对象。

这么做的好处在于：当一个类的初始化方法很复杂或者需要耗费大量CPU资源，并且我们还需要多个这个类的对象时，用实例对象克隆出新的实例对象的方法可以节省资源，提高系统的性能。

原型模式

我们继续以打飞机游戏为例，运用原型模式的做法是，敌机类提供一个克隆自己的接口，具体看代码：

//EnemyPlane敌机类实现了java.lang包中的克隆接口Cloneable
public class EnemyPlane implements Cloneable{
    private int x;//敌机横坐标
    private int y=0;//敌机纵坐标,假设敌机只能从y=0处出发纵向移动

    //构造方法
    public EnemyPlane(int x) {
        this.x = x;
    }

    public int getX() {
        return x;
    }

    public int getY() {
        return y;
    }

    public void fly() {
        //敌机纵向移动
        y++;
    }

    //复制的实例可以通过此方法变更x坐标
    public void setX(int x) {
        this.x = x;
    }

    @Override
    public EnemyPlane clone() throws CloneNotSupportedException{
        return (EnemyPlane)super.clone();
    } 
}

/**
 * EnemyPlaneFactory敌机工厂类，负责克隆敌机实例
 */
public class EnemyPlaneFactory {

    //用单例饿汉模式，创造一个敌机原型
    private static EnemyPlane protoType = new EnemyPlane(109);

    //获取克隆的敌机实例
    public static EnemyPlane getInstance(int x){
        //克隆原型
        EnemyPlane clonePlane = protoType.clone();
        //个性化设置克隆出来的敌机的坐标
        clonePlane.setX(x);
        return clonePlane;
    }
}

深拷贝与浅拷贝

上述拷贝方法有一个问题，如果上述敌机类有一个属性是引用类型，比如属性是另一个类的实例化对象，如敌机类有一个子弹属性private Bullet bullet = new Bullet();

Java中的变量分为原始类型和引用类型，所谓浅拷贝是指只复制原始类型的值，比如横坐标x与纵坐标y这种以原始类型int定义的值，它们会被复制到新克隆出的对象中。而引用类型同样会被拷贝，但是请注意这个操作只是拷贝了地址引用（指针），也就是说克隆出的副本敌机与原型敌机中的子弹是同一颗，因为两个同样的地址实际指向的内存对象是同一个bullet对象。

那么上述代码的克隆方法就需要修改一下了：

//EnemyPlane敌机类实现了java.lang包中的克隆接口Cloneable
public class EnemyPlane implements Cloneable{
    private int x;//敌机横坐标
    private int y=0;//敌机纵坐标,假设敌机只能从y=0处出发纵向移动
    private Bullet bullet;//子弹实例

    //构造方法
    public EnemyPlane(int x, Bullet bullet {
        this.x = x;
        this.bullet = bullet
    }

    public int getX() {
        return x;
    }

    public int getY() {
        return y;
    }

    public void fly() {
        //敌机纵向移动
        y++;
    }

    //复制的实例可以通过此方法变更x坐标
    public void setX(int x) {
        this.x = x;
    }

    public void setBullet(Bullet bullet){
        this.bullet = bullet;
    }

    @Override
    public EnemyPlane clone() throws CloneNotSupportedException{
        //克隆敌机
        EnemyPlane clonePlane = (EnemyPlane)super.clone();
        //对子弹克隆
        clonePlane.setBullet(this.bullet.clone())
        return clonePlane;
    } 
}

Python实现原型模式

参考：python-原型模式

参考文献：
《秒懂设计模式》刘韬

Peter's Blog