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，vmware虚拟机安装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

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。
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。

在这里插入图片描述

模式的实现

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 类提供了浅克隆的 clone() 方法，具体原型类只要实现 Cloneable 接口就可实现对象的浅克隆，这里的 Cloneable 接口就是抽象原型类。其代码如下：

/**
 * Java 中的 Object 类提供了浅克隆的 clone() 方法，
 * 具体原型类只要实现 Cloneable 接口就可实现对象的浅克隆，
 * 这里的 Cloneable 接口就是抽象原型类
 */

//具体原型类
public class Realizetype implements Cloneable {
    
    

    Realizetype(){
    
    
        System.out.println("具体原型类创建成功");
    }
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    
    
        System.out.println("具体原型类复制成功");
        return (Realizetype)super.clone();
    }

    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    
    
        Realizetype obj1 = new Realizetype();
        Object obj2 = obj1.clone();
        System.out.println(obj1 == obj2);
    }
}

输出结果
在这里插入图片描述

原型模式的应用实例

用原型模式生成“三好学生”奖状。

分析：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，属于相似对象的复制，同样可以用原型模式创建，然后再做简单修改就可以了。图所示是三好学生奖状生成器的结构图。
在这里插入图片描述

public class ProtoTypeCitation {
    
    
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    
    
        citation citation = new citation("张三", ":同学在2021年秋季学期表现优秀！", "湖北大学");
        citation.display();
        citation clone = (citation) citation.clone();
        clone.setName("李四");
        clone.display();

    }
}


class citation implements Cloneable{
    
    


    String name;
    String info;
    String collage;

    public citation( String name, String info,String collage){
    
    
        this.name = name;
        this.info = info;
        this.collage = collage;
    }

    void display(){
    
    
        System.out.println(name + info + collage);
    }

    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
    
    
        System.out.println("奖状拷贝成功");
       return  (citation)super.clone();
    }

    public String getName() {
    
    
        return name;
    }

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

    public String getInfo() {
    
    
        return info;
    }

    public void setInfo(String info) {
    
    
        this.info = info;
    }

    public String getCollage() {
    
    
        return collage;
    }

    public void setCollage(String collage) {
    
    
        this.collage = collage;
    }
}

输出结果
在这里插入图片描述

原型模式的应用场景

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。

在 Spring 中，原型模式应用的非常广泛，例如 scope=‘prototype’、JSON.parseObject() 等都是原型模式的具体应用。

【设计模式】原型模式（Prototype）