【Java 设计模式】创建型之原型模式

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在软件开发中，原型模式是一种创建型设计模式，它允许通过复制现有对象来创建新对象，而无需知道其具体实现。原型模式通常包含一个原型接口和多个实现了该接口的具体原型类。在本文中，我们将介绍 Java 设计模式中的原型模式，了解其定义、使用场景以及如何在实际开发中应用。

1. 定义

原型模式是一种创建型设计模式，它允许通过复制现有对象来创建新对象，而无需知道其具体实现。在原型模式中，一个原型接口定义了一个克隆方法，而具体原型类实现了该克隆方法，从而允许通过复制现有对象的方法来创建新对象。

2. 应用场景

原型模式的应用场景包括但不限于以下情况：

对象创建成本高昂：

当对象的创建成本较高，而且新对象的创建过程与已有对象相似时，使用原型模式可以通过复制现有对象来降低创建成本
避免构造器执行：

当对象的构造器执行代价较高，但新对象的创建过程可以通过复制现有对象完成时，使用原型模式可以避免执行构造器
隐藏具体实现：

客户端不需要知道对象的具体实现类，只需要知道原型接口即可。这有助于降低客户端与具体类之间的耦合

3. 代码实现

原型模式的实现主要涉及以下两个角色：

在这里插入图片描述

原型接口（Prototype）： 定义了克隆方法的接口
具体原型类（ConcretePrototype）： 实现了原型接口的具体类，负责实现克隆方法

下面是一个简单的原型模式的实现示例：

1）原型接口 Prototype

Prototype.java

package com.cheney.demo;

interface Prototype {
    Prototype clone();
}

2）具体原型类 ConcretePrototype

ConcretePrototype.java

package com.cheney.demo;

class ConcretePrototype implements Prototype {
    private String context;

    public ConcretePrototype(String context) {
        this.context = context;
    }

    @Override
    public Prototype clone() {
        return new ConcretePrototype(this.context);
    }

    public String getContext() {
        return context;
    }

    public void setData(String data) {
        this.context = data;
    }
}

在上述示例中，Prototype 是原型接口，定义了克隆方法。ConcretePrototype 是具体原型类，实现了原型接口的克隆方法。

4. 应用示例

假设我们创建了一个经典的汉堡包，然后需要特殊人的口味复制它，再加入特殊配料。我们可以使用原型模式来创建图形对象的副本。

1）原型接口 Prototype

Prototype.java

package com.cheney.demo;

interface Prototype {
    Prototype clone();
}

2）汉堡包原型接口 HamburgerPrototype

HamburgerPrototype.java

package com.cheney.demo;

interface HamburgerPrototype extends Prototype {
    HamburgerPrototype clone();
    void addIngredient(String ingredient);
    void displayIngredients();
}

3）基础汉堡包原型 CheeseHamburgerPrototype

CheeseHamburgerPrototype.java

package com.cheney.demo;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

class CheeseHamburgerPrototype implements HamburgerPrototype {
    private final String name;
    private final List<String> ingredients;

    public CheeseHamburgerPrototype(String name) {
        this.name = name;
        this.ingredients = new ArrayList<>();
    }

    private CheeseHamburgerPrototype(CheeseHamburgerPrototype source) {
        this.name = source.name;
        this.ingredients = new ArrayList<>(source.ingredients);
    }

    @Override
    public HamburgerPrototype clone() {
        return new CheeseHamburgerPrototype(this);
    }

    @Override
    public void addIngredient(String ingredient) {
        this.ingredients.add(ingredient);
    }

    @Override
    public void displayIngredients() {
        System.out.println("汉堡包名字: " + name);
        System.out.println("配料: " + String.join(", ", ingredients));
    }
}

在上述示例中，HamburgerPrototype 是图形接口，继承了原型接口 Prototype，定义了克隆方法，和配料的添加及打印。CheeseHamburgerPrototype 是经典汉堡包类，实现了汉堡包制作接口的克隆方法和配料的添加及打印方法。

4）制作汉堡包

package com.cheney.demo;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建汉堡包原型对象
        HamburgerPrototype originalHamburger = new CheeseHamburgerPrototype("经典汉堡包");

        // 添加汉堡包原型的配料
        originalHamburger.addIngredient("牛肉饼");
        originalHamburger.addIngredient("芝士");
        originalHamburger.addIngredient("西红柿片");

        // 克隆汉堡包
        HamburgerPrototype clonedHamburger = originalHamburger.clone();

        // 添加克隆对象的配料
        clonedHamburger.addIngredient("番茄酱");

        // 显示原型和克隆对象的配料
        originalHamburger.displayIngredients();
        System.out.println(">>>>>>>>>>>>>>>> 克隆后的：>>>>>>>>>>>>>>>>");
        clonedHamburger.displayIngredients();
    }
}

执行结果

在这里插入图片描述

在上述示例中，我们创建了一个具体原型对象 originalHamburger，然后通过调用 clone 方法来克隆对象，得到一个新的对象 clonedHamburger。最后，我们分别调用原型和克隆对象的 displayIngredients 方法来打印配料。

结语

原型模式是一种灵活且实用的设计模式，通过合理使用，可以提高系统的扩展性和性能。在实际开发中，可以根据需求选择适当的原型模式实现，确保系统具有良好的可维护性和可扩展性。

【Java 设计模式】系列《23 种设计模式》与《7 大设计原则》总纲
🚩设计原则
✨单一职责原则（SRP）规定一个类应该只有一个引起变化的原因
✨开放/封闭原则（OCP）表明软件实体应该是可以扩展的，但是不可修改的
✨里氏替换原则（LSP）强调派生类必须能够替代其基类而不引起程序错误
✨依赖倒置原则（DIP）倡导高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应该依赖于抽象
✨接口隔离原则（ISP）提倡一个类不应该被强迫依赖它不使用的接口
✨合成/聚合复用原则（CARP）建议尽量使用合成/聚合，尽量不要使用继承
✨迪米特法则（LoD）规定一个对象应该对其他对象有最少的了解

🚀创建型设计模式
✨单例模式保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局点
✨工厂方法模式定义一个用于创建对象的接口，但是由子类决定实例化哪一个类
✨抽象工厂模式提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类
✨建造者模式将一个复杂对象的构建与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示
✨原型模式通过复制现有的对象来创建新对象，而不是从头开始创建

🚀结构型设计模式
✨适配器模式将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口
✨桥接模式将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化
✨组合模式将对象以树形结构组合以表示“部分-整体”的层次结构
✨装饰器模式动态地给一个对象添加一些额外的职责
✨外观模式为子系统中的一组接口提供一个一致的界面
✨代理模式为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问
✨享元模式用共享的方式高效地支持大量小粒度对象

🚀行为型设计模式
✨观察者模式定义对象间的一对多依赖，当一个对象改变状态，所有依赖者都会受到通知并自动更新
✨策略模式定义一系列算法，将它们封装起来，并且使它们可以相互替换
✨命令模式将请求封装成对象，使得可以用不同的请求对客户进行参数化
✨状态模式允许对象在其内部状态改变时改变它的行为
✨责任链模式为解除请求的发送者和接收者之间的耦合，而使多个对象都有机会处理这个请求
✨访问者模式将算法与对象结构分离，并且可以在不改变对象结构的前提下定义新的操作
✨中介者模式用一个中介对象来封装一系列的对象交互
✨备忘录模式在不破坏封装的情况下，捕获对象的内部状态，并在对象之外保存这个状态
✨迭代器模式提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而不暴露其内部表示
✨模版方法模式定义一个操作中的算法的骨架，将一些步骤延迟到子类中
✨解释器模式定义一个语言的文法，并且建立一个解释器来解释该语言中的句子