【设计模式-04】原型模式

本文主要是介绍【设计模式-04】原型模式，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1. 概述

原型模式: 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对象相同的新对象。

2. 结构

原型模式包含如下角色：

• 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的 clone() 方法。
• 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。
• 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。

接口类图如下：

3. 实现

原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆。

浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。

深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。

Java中的Object类中提供了 clone() 方法来实现浅克隆。 Cloneable 接口是上面的类图中的抽象原型类，而实现了Cloneable接口的子实现类就是具体的原型类。代码如下：

Realizetype（具体的原型类）：

public class Realizetype implements Cloneable {
​public Realizetype() {System.out.println("具体的原型对象创建完成！");}
​@Overrideprotected Realizetype clone() throws CloneNotSupportedException {System.out.println("具体原型复制成功！");return (Realizetype) super.clone();}
}

client（测试访问类）：

package com.itheima.pattern.prototype.demo;/*** @version v1.0* @ClassName: client* @Description: TODO(一句话描述该类的功能)* @Author: 黑马程序员*/
public class client {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {//创建一个原型类对象Realizetype realizetype = new Realizetype();//调用Realizetype类中的clone方法进行对象的克隆Realizetype clone = realizetype.clone();System.out.println("原型对象和克隆出来的是否是同一个对象？" + (realizetype == clone));}
}结果： false

4. 案例

用原型模式生成“三好学生”奖状。

同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同，其他都相同，可以使用原型模式复制多个“三好学生”奖状出来，然后在修改奖状上的名字即可。

类图如下：

package com.itheima.pattern.prototype.test;/*** @version v1.0* @ClassName: Citation* @Description: TODO(一句话描述该类的功能)* @Author: 黑马程序员*/
public class Citation implements Cloneable {/*//三好学生上的姓名private String name;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}*/private Student stu;public Student getStu() {return stu;}public void setStu(Student stu) {this.stu = stu;}@Overridepublic Citation clone() throws CloneNotSupportedException {return (Citation) super.clone();}public void show() {System.out.println(stu.getName() + "同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");}
}

上面这个是浅拷贝，如果要深拷贝按照如下这种方式实现：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;// 原型接口
public interface Prototype extends Cloneable {Prototype clone();
}// 具体原型类
public class ConcretePrototype implements Prototype {private List<String> fields;public ConcretePrototype(List<String> fields) {this.fields = fields;}public void setFields(List<String> fields) {this.fields = fields;}public List<String> getFields() {return fields;}@Overridepublic Prototype clone() {try {ConcretePrototype cloned = (ConcretePrototype) super.clone();cloned.fields = new ArrayList<>(this.fields); // 深拷贝return cloned;} catch (CloneNotSupportedException e) {throw new AssertionError();}}@Overridepublic String toString() {return "ConcretePrototype{fields=" + fields + "}";}
}// 客户端代码
public class Client {public static void main(String[] args) {List<String> fieldList = new ArrayList<>();fieldList.add("Field1");fieldList.add("Field2");ConcretePrototype prototype1 = new ConcretePrototype(fieldList);ConcretePrototype prototype2 = (ConcretePrototype) prototype1.clone();prototype2.getFields().add("Field3");System.out.println(prototype1);System.out.println(prototype2);}
}

package com.itheima.pattern.prototype.test;/*** @version v1.0* @ClassName: Student* @Description: TODO(一句话描述该类的功能)* @Author: 黑马程序员*/
public class Student {//学生的姓名private String name;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}@Overridepublic String toString() {return "Student{" +"name='" + name + '\'' +'}';}
}

package com.itheima.pattern.prototype.test;/*** @version v1.0* @ClassName: CitaionTest* @Description: TODO(一句话描述该类的功能)* @Author: 黑马程序员*/
public class CitaionTest {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {//1，创建原型对象Citation citation = new Citation();//创建张三学生对象Student stu = new Student();stu.setName("张三");citation.setStu(stu);//2,克隆奖状对象Citation citation1 = citation.clone();Student stu1 = citation1.getStu();stu1.setName("李四");/*citation.setName("张三");citation1.setName("李四");*///3,调用show方法展示citation.show();citation1.show();}
}

5. 使用场景

• 性能和安全要求比较高。
• 原型模式适用于创建复杂对象，避免了每次都从头开始构建对象的开销。在实际应用中，经常结合其他设计模式一起使用，如工厂模式，进一步简化对象的创建和管理。

6. 优缺点

6.1 原型模式的优点

1. 性能优越：通过克隆现有对象创建新对象，比直接实例化对象更高效，特别是对于创建代价高的对象。
2. 简化对象创建过程：隐藏对象的创建过程，使得代码更加简洁和易读。
3. 灵活性：可以在运行时动态创建和配置对象，而不依赖于具体类。

6.2 原型模式的缺点

1. 浅拷贝问题：如果对象包含引用类型的字段，默认的 clone() 方法只会进行浅拷贝，需要手动实现深拷贝。
2. 实现复杂：对于复杂对象，需要实现复杂的深拷贝逻辑，容易出错。

7. 实现深克隆(深拷贝)

1. 实现Cloneable接口并重写clone方法：需要手动处理深拷贝逻辑，适合对性能要求较高的场景。
2. 使用序列化：实现较为简单，但对性能有一定影响，适合对象比较复杂的场景。
3. 使用第三方库：如Apache Commons Lang的SerializationUtils，方便快捷，适合大多数场景。

这篇关于【设计模式-04】原型模式的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

---