【设计模式-04】原型模式

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！");
    }
​
    @Override
    protected 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;
    }

    @Override
    public 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;
    }

    @Override
    public 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();
        }
    }

    @Override
    public 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;
    }

    @Override
    public 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。