设计模式-原型模式

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定义

特点

使用场景

优缺点

[(1) 优点](#(1) 优点)

[(2) 缺点](#(2) 缺点)

模式结构

具体实现

实际应用

定义

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。

特点

创建重复的对象。

使用场景

- 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。
- 在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone 的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。原型模式已经与 Java 融为浑然一体，大家可以随手拿来使用。

注意事项：与通过对一个类进行实例化来构造新对象不同的是，原型模式是通过拷贝一个现有对象生成新对象的。浅拷贝实现 Cloneable，重写，深拷贝是通过实现 Serializable 读取二进制流。

优缺点

(1) 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。

(2) 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。

模式结构

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。

具体实现

抽象类和具体实现类

java 复制代码

/**
 * 形状，抽象类
 */
public abstract class Shape implements Cloneable {
    /**
     * 边框颜色
     */
    protected int borderColor;

    /**
     * 边框样式，0：实现；1：虚线
     */
    protected int borderStyle;

    /**
     * 绘制
     */
    public abstract void draw();

    public int getBorderColor() {
        return borderColor;
    }

    public void setBorderColor(int borderColor) {
        this.borderColor = borderColor;
    }

    public int getBorderStyle() {
        return borderStyle;
    }

    public void setBorderStyle(int borderStyle) {
        this.borderStyle = borderStyle;
    }

    @Override
    public Shape clone() {
        try {
            return (Shape) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}

/**
 * 圆形
 */
public class Circle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("draw circle begin...");
    }
}

/**
 * 矩形
 */
public class Rectangle extends Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("draw rectangle begin...");
    }
}

原型管理器

java 复制代码

/**
 * 形状管理器
 */
public class ShapeTypeManager {
    private Map<String, Shape> shapeMap = new HashMap<>();

    public ShapeTypeManager() {
        //初始化时内置一些形状
        shapeMap.put("Circle", new Circle());
        shapeMap.put("Rectangle", new Rectangle());
    }

    /**
     * 添加形状
     * @param shapeName 形状名称
     * @param shape 形状对象
     */
    public void addShape(String shapeName, Shape shape) {
        shapeMap.put(shapeName, shape);
    }

    /**
     * 获取形状
     */
    public Shape getShape(String shapeName) {
        Shape shape = shapeMap.get(shapeName);
        if (shape == null) {
            return null;
        }
        return shape.clone();
    }
}

具体使用

java 复制代码

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        ShapeTypeManager shapeTypeManager = new ShapeTypeManager();
        Shape circle = shapeTypeManager.getShape("Circle");
        System.out.println("circle:" + circle);
        circle.draw();

        Shape rectangle = shapeTypeManager.getShape("Rectangle");
        System.out.println("rectangle:" + rectangle);
        rectangle.draw();
    }
}

实际应用

对象池、数据库连接池、线程池等。