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原型模式（创建型）

原型模式

介绍

定义：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。

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简单理解，就是当需要创建一个指定的对象时，我们刚好有一个这样的对象，但是又不能直接使用，我会clone一个一模一样的新对象来使用，这就是原型模式。关键字：Clone。

原型模式分为“深拷贝”和“浅拷贝”。

深拷贝：创建一个新对象，对象的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；

浅拷贝：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（引用类型），仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。

原型模式包含以下角色：

  • 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；

Java中的 Object 类中提供了 clone() 方法来实现浅拷贝。 Cloneable 接口是抽象原型类，而实现了Cloneable接口的子实现类就是具体的原型类。

public class Prototype implements Cloneable {	// 具体原型类
    public Prototype() {
        System.out.println("具体的原型对象创建完成");
    }

    @Override
    protected Prototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("具体原型复制成功！");
        return (Prototype) super.clone();
    }
}

public class PrototypeTest {	// 测试类
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Prototype p1 = new Prototype();
        Prototype p2 = p1.clone();

        System.out.println("对象p1和p2是同一个对象？" + (p1 == p2));	// false
    }
}

再举个例子：

现在正是秋招，投递简历会受到笔试的邮件，同一家公司发送的邮件内容除了名字不同，其他都相同，可以使用原型模式复制多个候选人邮件出来。

public class EmailPrototype implements Cloneable {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void show() {
        System.out.println(name + "同学：您好！非常高兴邀请您参加本公司2023校园招聘在线考试，希望您能按时完成！");
    }

    @Override
    protected EmailPrototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (EmailPrototype) super.clone();
    }

    // 测试类
    static class EmailPrototypeTest {
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
            EmailPrototype ep1 = new EmailPrototype();
            ep1.setName("张三");
            // 复制邮件
            EmailPrototype ep2 = ep1.clone();
            ep2.setName("李四");

            ep1.show();
            ep2.show();
        }
    }
}

// 运行结果：
张三同学：您好！非常高兴邀请您参加本公司2023校园招聘在线考试，希望您能按时完成！
李四同学：您好！非常高兴邀请您参加本公司2023校园招聘在线考试，希望您能按时完成！

注意点：如果具体原型类没有实现 Cloneable 接口，运行时会报异常。

使用场景：

  • 如果对象的创建非常复杂，可以使用原型模式快捷的创建对象；
  • 性能和安全要求比较高时；

（深浅拷贝）

将上面例子中属性 name 改成 Student 类型的属性，代码如下：

public class EmailPrototype2 implements Cloneable {
    // 学生类
    static class Student {
        private String name;
        private String university;
		
        // 省略 get set 方法

        public Student(String name, String university) {
            this.name = name;
            this.university = university;
        }
    }
	
    private Student stu;

    public EmailPrototype2(Student stu) {
        this.stu = stu;
    }

    public Student getStu() {
        return stu;
    }

    public void setStu(Student stu) {
        this.stu = stu;
    }

    public void show() {
        System.out.printf("来自%s的%s同学：您好！非常高兴邀请您参加本公司2023校园招聘在线考试，希望您能按时完成！%n", stu.getUniversity(), stu.getName());
    }

    @Override
    protected EmailPrototype2 clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (EmailPrototype2) super.clone();
    }
	// 测试方法
    static class EmailPrototype2Test {
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
            Student stu1 = new Student("张三", "北京大学");
            EmailPrototype2 e1 = new EmailPrototype2(stu1);

            EmailPrototype2 e2 = e1.clone();
            Student stu2 = e2.getStu();
            stu2.setName("李四");
            System.out.println("stu1和stu2是同一个对象？" + (stu2 == stu1));

            e1.show();
            e2.show();
        }
    }
}

// 运行结果
stu1和stu2是同一个对象？true
来自北京大学的李四同学：您好！非常高兴邀请您参加本公司2023校园招聘在线考试，希望您能按时完成！
来自北京大学的李四同学：您好！非常高兴邀请您参加本公司2023校园招聘在线考试，希望您能按时完成！

分析：e2引用对象是由e1拷贝来的，然后修改stu2中的name属性为李四，发现stu1也改了，说明stu1和stu2指向的是同一块堆内存（同一对象），这就是浅拷贝的效果。

但是这种场景下需要使用深拷贝，当前类和属性类都要实现 Cloneable 接口，代码如下：

public class EmailPrototype2 implements Cloneable {
    // 学生类
    static class Student implements Cloneable {
        private String name;
        private String university;

        // 省略 get set 方法

        public Student(String name, String university) {
            this.name = name;
            this.university = university;
        }

        @Override
        protected Student clone() throws CloneNotSupportedException {
            return (Student) super.clone();
        }
    }

    private Student stu;

    public EmailPrototype2(Student stu) {
        this.stu = stu;
    }

    public Student getStu() {
        return stu;
    }

    public void setStu(Student stu) {
        this.stu = stu;
    }

    void show() {
        System.out.printf("来自%s的%s同学：您好！非常高兴邀请您参加本公司2023校园招聘在线考试，希望您能按时完成！%n", stu.getUniversity(), stu.getName());
    }

    @Override
    protected EmailPrototype2 clone() throws CloneNotSupportedException {
        EmailPrototype2 ep = (EmailPrototype2) super.clone();
        ep.setStu(ep.getStu().clone());		// 实现深拷贝这句很关键
        return ep;
    }

    static class EmailPrototype2Test {
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
            Student stu1 = new Student("张三", "北京大学");
            EmailPrototype2 e1 = new EmailPrototype2(stu1);

            EmailPrototype2 e2 = e1.clone();
            Student stu2 = e2.getStu();
            stu2.setName("李四");
            System.out.println("stu1和stu2是同一个对象？" + (stu2 == stu1));

            e1.show();
            e2.show();
        }
    }
}
// 运行结果：
stu1和stu2是同一个对象？false
来自北京大学的张三同学：您好！非常高兴邀请您参加本公司2023校园招聘在线考试，希望您能按时完成！
来自北京大学的李四同学：您好！非常高兴邀请您参加本公司2023校园招聘在线考试，希望您能按时完成！

改动的地方有以下几点：

  1. 属性类Student 也要实现 Cloneable 接口，并重写 clone() 方法；
  2. 邮件类 EmailPrototype2 中重写的 clone() 方法中，要对 Student 类型的属性进行克隆；

总结

原型模式的本质就是clone，可以解决构建复杂对象的资源消耗问题，能在某些场景中提升构建对象的效率。

参考

(140条消息) 23 种设计模式详解（全23种）_鬼灭之刃的博客-CSDN博客_设计模式

https://www.bilibili.com/video/BV1Np4y1z7BU


网站栏目：原型模式（创建型）
分享路径：http://pwwzsj.com/article/dscgiio.html

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