23种设计模式之原型模式

1. 简介

原型模式（Prototype Pattern）是一种创建型设计模式。它的主要思想是通过复制一个已经存在的对象（原型）来创建新的对象，而不是使用传统的通过构造函数来创建对象的方式。这种模式的好处是可以在运行时动态地创建对象，并且可以根据需要灵活地修改复制后的对象。
例如，在一个游戏中，可能有多种类型的怪物。当需要生成新的怪物时，不是每次都从无到有地创建，而是复制一个已有的怪物原型，然后根据具体情况（如等级、属性加成等）进行修改，这样可以提高效率。

在 Java 中，实现原型模式通常需要让原型类实现java.lang.Cloneable接口。这个接口是一个标记接口，它没有任何方法，只是用来表明这个类的对象是可以被克隆的。
然后，在原型类中重写Object类的clone()方法。clone()方法是Object类提供的一个受保护的方法，用于创建并返回对象的一个副本。

2. 实现

2.1 原来的方式（使用newg关键字）

Pig.java

public class Pig {
    private String name;
    private String doSomeThing;

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public String getDoSomeThing() {
        return doSomeThing;
    }

    public void setDoSomeThing(String doSomeThing) {
        this.doSomeThing = doSomeThing;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Pig{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", doSomeThing='" + doSomeThing + '\'' +
                "} , " + super.toString();
    }
}

Test.java

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Pig pig = new Pig();
        pig.setName("小猪佩奇");
        pig.setDoSomeThing("吃饭");
        System.out.println(pig);

        Pig pig2 = new Pig();
        pig2.setName("小猪乔治");
        pig2.setDoSomeThing("吃米");
        System.out.println(pig2);

        Pig pig3 = new Pig();
        pig2.setName("大猪");
        pig2.setDoSomeThing("睡觉");
        System.out.println(pig2);
    }
}

输出结果：

Pig{name='小猪佩奇', doSomeThing='吃饭'} , yxz.prototype.Pig@1b6d3586
Pig{name='小猪乔治', doSomeThing='吃米'} , yxz.prototype.Pig@4554617c
Pig{name='大猪', doSomeThing='睡觉'} , yxz.prototype.Pig@4554617c

2.2 使用接口Cloneable

Pig.java

package yxz.prototype;


public class Pig implements Cloneable{
    public Pig(){
        System.out.println("小猪初始化。。。");
    }

    private String name;
    private String doSomeThing;

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

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public String getDoSomeThing() {
        return doSomeThing;
    }

    public void setDoSomeThing(String doSomeThing) {
        this.doSomeThing = doSomeThing;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Pig{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", doSomeThing='" + doSomeThing + '\'' +
                "} , " + super.toString();
    }

}

Test.java

package yxz.prototype;

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Pig pig = new Pig();
        pig.setName("小猪佩奇");
        pig.setDoSomeThing("吃饭");
        System.out.println(pig);

        Pig pig2 = new Pig();
        pig2.setName("小猪乔治");
        pig2.setDoSomeThing("吃米");
        System.out.println(pig2);

        Pig pig3 = new Pig();
        pig2.setName("大猪");
        pig2.setDoSomeThing("睡觉");
        System.out.println(pig2);

        // 使用原型设计模式
        Pig peiqi = new Pig();
        peiqi.setName("小猪佩奇");
        peiqi.setDoSomeThing("吃饭");
        System.out.println(peiqi);

        Pig george = (Pig)peiqi.clone();
        george.setName("小猪乔治");
        george.setDoSomeThing("吃米");
        System.out.println(george);

    }
}

运行结果：

小猪初始化。。。
Pig{name='小猪佩奇', doSomeThing='吃饭'} , yxz.prototype.Pig@1b6d3586
小猪初始化。。。
Pig{name='小猪乔治', doSomeThing='吃米'} , yxz.prototype.Pig@4554617c
小猪初始化。。。
Pig{name='大猪', doSomeThing='睡觉'} , yxz.prototype.Pig@4554617c
小猪初始化。。。
Pig{name='小猪佩奇', doSomeThing='吃饭'} , yxz.prototype.Pig@74a14482
Pig{name='小猪乔治', doSomeThing='吃米'} , yxz.prototype.Pig@1540e19d

2.3 浅拷贝与深拷贝（拓展）

浅拷贝：在上面的示例中，clone()方法实现的是浅拷贝。浅拷贝会创建一个新的对象，新对象的基本数据类型的属性会被复制，但是如果属性是引用类型，那么只是复制了引用，而不是复制引用指向的对象。例如，如果Prototype类中有一个引用类型的属性AnotherClass anotherObject，在浅拷贝后，新对象和原对象的anotherObject属性将指向同一个对象。

深拷贝：深拷贝会创建一个新的对象，并且会递归地复制对象的所有属性，包括引用类型的属性所指向的对象。这样，原始对象和克隆后的对象完全独立，修改其中一个不会影响另一个。

深拷贝的方式：

class MyClass implements Cloneable {
    private String field1;
    private NestedClass nestedObject;

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        MyClass cloned = (MyClass) super.clone();
        cloned.nestedObject = (NestedClass) nestedObject.clone(); // 深拷贝内部的引用对象
        return cloned;
    }
}

可以看到，深拷贝是新创建了一个对象。
在这里插入图片描述

3. 总结

应用场景
- 对象的创建成本较高时：如果对象的创建过程涉及到复杂的初始化操作，如读取配置文件、建立数据库连接等，使用原型模式可以避免重复这些操作。通过复制已经初始化好的原型对象，可以快速地创建新的对象。
- 动态配置对象时：在需要根据运行时的情况动态地生成对象的场景中，原型模式很有用。例如，在图形编辑软件中，用户可以复制已有的图形对象（如圆形、矩形等），然后根据自己的需求修改复制后的图形的属性，如大小、颜色等。