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三、原型模式

news 2025/7/21 20:30:05

一、什么是原型模式

原型（Prototype）模式的定义如下：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里，原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无须知道对象创建的细节。原型模式包含以下主要角色。

抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口。(Cloneable)
具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。(Prototype)
访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。(Main.class)

二、原型模式的实现

深克隆与与浅克隆：Object类的clone方法只会克隆对象中的基本的数据类型，对于数组、容器对象、引用对象等都不会克隆，这就是浅克隆。如果要实现深克隆，必须将原型模式中的数组、容器对象、引用对象等另行克隆。
由于 Java 提供了对象的 clone() 方法，所以用 Java 实现原型模式很简单。
1、创建Prototype的成员属性：


/*** @author FluffyCatkin* @version 1.0* @date 2021-03-31 0:12* @description Prototype的成员变量*/
public class Member implements Cloneable{private String position;public Member(String position) {this.position = position;}public void setPosition(String position) {this.position = position;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}@Overridepublic String toString() {return "Member{" +"position='" + position + '\'' +'}';}
}

2、创建具体原型类Prototype：

import java.util.ArrayList;public class Prototype implements Cloneable{private String name ;private int age;private ArrayList<String> hobbies;private Member member;public Prototype(String name, int age, ArrayList<String> hobbies, Member member) {this.name = name;this.age = age;this.hobbies = hobbies;this.member = member;System.out.println("通过构造方法创建对象。。。。。。");}/*** 浅克隆*/@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}/*** 深克隆*/
//    @Override
//    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
//        Prototype clone = (Prototype) super.clone();
//        clone.setHobbies((ArrayList<String>) clone.getHobbies().clone());
//        clone.setMember((Member) clone.getMember().clone());
//        return clone;
//    }public void setName(String name){this.name = name;}public void setHobbies(ArrayList<String> hobbies) {this.hobbies = hobbies;}public ArrayList<String> getHobbies() {return hobbies;}public Member getMember() {return member;}public void setMember(Member member) {this.member = member;}@Overridepublic String toString() {return "Prototype{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +", hobbies=" + hobbies +", member=" + member +'}';}
}

3、创建测试类(访问类)：


import java.util.ArrayList;/*** 原型模式*  原型模式的定义与特点：*      原型（Prototype）模式的定义如下：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里，*      原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无须知道对象创建的细节。例如，Windows 操作系统的安装通常较耗时，*      如果复制就快了很多。在生活中复制的例子非常多，这里不一一列举了。*      原型模式的结构与实现由于 Java 提供了对象的 clone() 方法，所以用 Java 实现原型模式很简单。*  模式的结构*      原型模式包含以下主要角色。*      抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口。   (Cloneable)*      具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。  (Prototype)*      访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。  (Main.class)*/
public class Main {@Testpublic void prototypeTest() throws CloneNotSupportedException {Member initMember = new Member("c#");ArrayList<String> initHobbies = new ArrayList<>();initHobbies.add("play");Prototype prototype = new Prototype("张三",18,initHobbies,initMember);System.out.println("复制前");System.out.println("被克隆对象:"+prototype);Prototype prototype1 = (Prototype) prototype.clone();System.out.println("复制后");System.out.println("是否同一对象："+(prototype==prototype1?"是":"否"));System.out.println("修改被克隆对象属性：");prototype.setName("李四");initHobbies.add("eat");initMember.setPosition("java");System.out.println("被克隆对象:"+prototype);System.out.println("克隆出的对象:"+prototype1);}}

当把深克隆的实现方法注释，使用浅克隆的方法时：

运行结果：


通过构造方法创建对象。。。。。。
复制前
被克隆对象:Prototype{name='张三', age=18, hobbies=[play], member=Member{position='c#'}}
复制后
是否同一对象：否
修改被克隆对象属性：
被克隆对象:Prototype{name='李四', age=18, hobbies=[play, eat], member=Member{position='java'}}
克隆出的对象:Prototype{name='张三', age=18, hobbies=[play, eat], member=Member{position='java'}}

当修改被克隆对象hobbies与member属性的时候，克隆出来对象的hobbies与member属性也被修改，可见这两个属性都是同一对象引用，而String类型的name以及基础类型的age属性是不会被同时修改的，可见不是同一引用。浅克隆只复制对象的String类型属性以及一些基本类型属性，是不完全克隆。

当把浅克隆的实现方法注释，使用深克隆的方法时：

运行结果：


通过构造方法创建对象。。。。。。
复制前
被克隆对象:Prototype{name='张三', age=18, hobbies=[play], member=Member{position='c#'}}
复制后
是否同一对象：否
修改被克隆对象属性：
被克隆对象:Prototype{name='李四', age=18, hobbies=[play, eat], member=Member{position='java'}}
克隆出的对象:Prototype{name='张三', age=18, hobbies=[play], member=Member{position='c#'}}

当修改被克隆对象name、age、hobbies以及member属性的时候，克隆出来对象的hobbies与member属性并未被修改，可见通过这种深克隆的方法，把所有的属性都创建一个新的内存对象，并使被克隆对象与克隆出的对象所有属性有不同的地址引用，深克隆的复制更加彻底。

注意：上面代码在执行克隆的时候并未打印构造方法中的：“通过构造方法创建对象。。。。。。”，因此可见，使用原型模式复制对象不会调用类的构造方法。因为对象的复制是通过调用Object类的clone方法来完成的，它直接在内存中复制数据，因此不会调用到类的构造方法。不但构造方法中的代码不会执行，甚至连访问权限都对原型模式无效。还记得单例模式吗？单例模式中，只要将构造方法的访问权限设置为private型，就可以实现单例。但是clone方法直接无视构造方法的权限，所以，单例模式与原型模式是冲突的，在使用时要特别注意。

三、应用场景

原型模式通常适用于以下场景。

对象之间相同或相似，即只是个别的几个属性不同的时候。
创建对象成本较大，例如初始化时间长，占用CPU太多，或者占用网络资源太多等，需要优化资源。
创建一个对象需要繁琐的数据准备或访问权限等，需要提高性能或者提高安全性。
系统中大量使用该类对象，且各个调用者都需要给它的属性重新赋值。

四、优缺点分析

原型模式的优点：

Java 自带的原型模式基于内存二进制流的复制，在性能上比直接 new 一个对象更加优良。
可以使用深克隆方式保存对象的状态，使用原型模式将对象复制一份，并将其状态保存起来，简化了创建对象的过程，以便在需要的时候使用（例如恢复到历史某一状态），可辅助实现撤销操作。

原型模式的缺点：

需要为每一个类都配置一个 clone 方法
clone 方法位于类的内部，当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违背了开闭原则。
当实现深克隆时，需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来会比较麻烦。因此，深克隆、浅克隆需要运用得当。

代码地址：https://gitee.com/fluffycatkin/JavaDesignModel.git