原型模式及其实例

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前言

原型模式是23种设计模式中的创建型模式：
创建型模式是设计模式中的一类，用于创建对象的方式和机制。它们提供了一种灵活的方式来实例化对象，同时隐藏了对象的创建细节，使代码更可维护、可扩展和可复用

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一、原型模式

当我们需要创建多个相似对象时，使用原型模式是一种有效的设计模式。原型模式通过克隆现有对象来创建新的对象，避免了重复的对象创建过程，提高了性能和代码的可维护性。在软件开发中，我们经常遇到需要创建大量相似对象的情况。传统的创建对象方式是通过调用构造函数来实例化新对象，这种方式在创建复杂对象时可能会导致性能问题。此外，构造函数的参数列表可能会变得冗长，使得代码难以维护和理解。原型模式提供了一种解决方案，它基于现有对象创建新对象，而无需通过构造函数和初始化参数。

工作原理：
一个对象作为原型，通过复制（克隆）来创建新的对象。在Java中，可以通过实现Cloneable接口和重写clone()方法来实现对象的克隆操作。

二、浅拷贝与深拷贝

1.浅拷贝

**浅拷贝（Shallow Copy）：**浅拷贝是创建一个克隆对象，并复制原始对象的字段值。如果字段是值类型，则复制其值；如果字段是引用类型，则复制引用，这样原始对象和克隆对象将共享相同的引用对象。浅拷贝的克隆对象与原始对象之间存在一定的关联。两者共用同一个地址，并未开辟新的内存地址。

2.深拷贝

深拷贝（Deep Copy）：
深拷贝是创建一个克隆对象，并复制原始对象的字段值，包括引用对象。深拷贝会递归地复制引用对象，使得原始对象和克隆对象完全独立，互不影响。更像是创建了一个新对象后将原对象的属性赋值给新对象，新对象有自己的内存地址，与原对象独立。

三、代码示例

1，Address类
它是Person类的一个属性

public class Address {
    private String city;

    public Address(String city) {
        this.city = city;
    }

    public String getCity() {
        return city;
    }

    public void setCity(String city) {
        this.city = city;
    }
}

2、Person类
实验对象，实现了Cloneable，重写clone方法

public class Person implements Cloneable{
    private String name;
    private Address address;

    public Person(String name, Address address) {
        this.name = name;
        this.address = address;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public Address getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(Address address) {
        this.address = address;
    }

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

3、测试类
在下面的测试类中，分别用浅拷贝与深拷贝两种不同的方式创建了克隆对象，再与原对象做对比，来比较两种方式的不同。
浅克隆对象与原对象对比： true,两者地址相同，内容相同
修改后的浅克隆对象与原对象对比： true,同一地址，修改后同时变化
深克隆对象与原对象对比： false，值相同但是地址不同，所以==判断错误
修改后的深克隆对象与原对象对比： false 地址不同所以修改对原对象无效。
注意：==比较的是值与地址，equals只对比其值

public class PrototypeExample {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Address address = new Address("New York");
        Person person1 = new Person("John", address);

        // 浅拷贝
        Person person2 = (Person) person1.clone();
        System.out.println("浅拷贝地址相同：" + (person1.getAddress() == person2.getAddress()));

        // 修改person2的地址
        person2.getAddress().setCity("Los Angeles");
        System.out.println("浅拷贝地址同时改变：" + (person1.getAddress().getCity().equals(person2.getAddress().getCity())));

        // 深拷贝
        Person person3 = new Person(person1.getName(), new Address(person1.getAddress().getCity()));
        System.out.println("深拷贝地址不同：" + (person1.getAddress() == person3.getAddress()));

        // 修改person3的地址
        person3.getAddress().setCity("San Francisco");
        System.out.println("深拷贝地址独立：" + (person1.getAddress().getCity().equals(person3.getAddress().getCity())));
    }
}

总结

原型模式是一种创建型模式，通过复制现有对象来创建新对象。它提供了一种灵活、高效的对象创建方式，可以在需要大量相似对象的场景中提高性能和代码的可维护性。通过使用浅拷贝或深拷贝，原型模式可以灵活地克隆对象，使得新对象与原始对象相互独立。