【原型模式】详解

一.概念

原型模式是一种创建型设计模式，它的主要思想是通过复制现有对象来创建新对象，而不是通过实例化一个类来创建。在原型模式中，我们称被复制的对象为原型（Prototype），新创建的对象为克隆体（Clone）。

在Java中，使用原型模式可以通过实现Cloneable接口和重写Object类的clone()方法来实现。

以下是原型模式的工作原理：

首先，需要定义一个需要克隆的原型类，并实现Cloneable接口。
在Cloneable接口中定义了一个clone()方法，该方法返回一个与原型对象相同的新对象。
当需要创建新对象时，可以先通过调用原型对象的clone()方法来创建一个新对象，然后再根据需要修改新对象的属性。
优缺点
原型模式的优点包括：
提高对象创建效率：使用原型模式创建对象比使用new方法创建对象更加高效，因为克隆操作不需要进行类的初始化等操作。
简化对象的创建过程：原型模式可以简化创建对象的过程，避免了重复创建相似对象的过程。
支持动态配置：可以根据需要进行动态配置，即根据原型对象创建多个变体对象。
原型模式的缺点包括：
克隆对象破坏单一职责原则：克隆对象需要对原型对象的属性进行拷贝，这可能会导致对象破坏单一职责原则。
克隆对象需要与原型类保持一致：克隆对象需要与原型对象保持一致，否则可能会导致不一致的状态。

二.原型模式详解

原型模式结构

原型模式包含以下3个角色：

Prototype（抽象原型类）：它是声明克隆方法的接口，是所有具体原型类的公共父类，它可以是抽象类也可以是接口，甚至还可以是具体实现类。

ConcretePrototype（具体原型类）：它实现在抽象原型类中声明的克隆方法，在克隆方法中返回自己的一个克隆对象。

Client（客户类）：在客户类中，让一个原型对象克隆自身从而创建一个新的对象，只需要直接实例化或通过工厂方法等方式创建一个原型对象，再通过调用该对象的克隆方法即可得到多个相同的对象。

深克隆与浅克隆

深拷贝与浅拷贝

原型模式使用

通用实现方法

抽象原型类代码：

public abstract class Prototype {
    public abstract Prototype clone();
}

具体原型类代码

public class ConcretePrototype extends Prototype {
    private String name; // 成员变量
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public void getName() {
        return this.name;
    }
    // 克隆方法实现
    public Prototype clone() {
        Prototype prototype = new ConcretePrototype(); // 创建新对象
        prototype.setName(this.name);
        return prototype;
    }
}

java语言中clone（）和cloneable接口

所有java类均继承自java.long.Object类，Object类提供了一个clone方法，可以将一个java对象复制一份。因此在java中可以直接使用Object提供clone方法来实现对象的浅克隆

注意能实现克隆的java类都必须实现一个标识接口Cloneable，表示这里java类支持被复制。如果没有实现这个接口调用clone方法，java编译器将抛出CloneNotSupportedException异常：

public class ConcretePrototype implements Cloneable {
    public Prototype clone() {
        Object object = null;
        try {
            object = super.clone(); // 浅克隆
        } catch (CloneNotSupportedException exception) {
            System.err.println("Not support Cloneable");
        }
        return (Prototype)object;
    }
}

为了获取对象的一个克隆，可以直接利用Object类的clone方法：

在派生类中覆盖基类的clone方法，声明为public
在派生了中的clone方法中调用super.clone
派生类需要实现Cloneable接口
应用举例
题目：
某数据处理软件需要增加一个图表复制功能。在图表对象（DataChart）中包含一个数据集对象(DataSet)。数据集对象用于封装要显示的数据，用户可以通过界面上的复制按钮将该图表复制一份，复制后，即可得到新的图表对象，然后可以修改新图表的编号、颜色、数据。试用原型模式设计软件实现深克隆。

DataChart 类包含一个 DataSet 对象，在复制 DataChart 对象的同时将

复制 DataSet 对象，因此需要使用深克隆技术，可使用流来实现深克隆。其中Serializable是java.io包中定义的、用于实现Java类的序列化操作而提供的一个语义级别的接口。Serializable序列化接口没有任何方法或者字段，只是用于标识可序列化的语义。实现了Serializable接口的类可以被ObjectOutputStream转换为字节流，同时也可以通过ObjectInputStream再将其解析为对象。故我们实现这个接口即可使用流来实现深克隆

三.原型管理器

原型管理器实现

原型管理器(Prototype Manager)是将多个原型对象存储在一个集合中供客户端使用，它是一个专门负责克隆对象的工厂，其中定义了一个集合用于存储原型对象，如果需要某个原型对象的一个克隆，可以通过复制集合中对应的原型对象来获得。在原型管理器中针对抽象原型类进行编程，以便扩展。其结构如图所示：

其中原型管理器ProtptypeManager类的实现代码如下

package prototype_pattern;

import java.util.Hashtable;

/**
 * @author Cnc_hzf
 * @date 2022/4/22 15:00
 */
public class PrototypeManager {
    private Hashtable prototypeTable = new Hashtable(); // 使用Hashtable存储原型对象
    public PrototypeManager() {
        prototypeTable.put("A", new ConcretePrototypeA());
        prototypeTable.put("B", new ConcretePrototypeB());
    }
    public void add(String key, Prototype prototype) {
        prototypeTable.put(key, prototype);
    }
    public Prototype get(String key) {
        Prototype clone = ((Prototype) prototypeTable.get(key)).clone(); // 通过克隆方法创建新对象
        return clone;
    }
}

在实际开发中可以将PrototypeManger设计为单例类，确保系统中有且仅有一个PrototypeManager对象，这样既有利于节省系统资源，还可以更好地对原型管理器对象进行控制。

原型管理器应用举例

问题描述：

某公司需要创建一个公文管理器，公文管理器中需要提供一个集合对象来存储一些公文模板，用户可以通过复制这些模板快速的创建新的公文，试使用带有原型管理器的原型模式来设计该公文管理器并使用Java代码编程模拟。

其中，OfficialDocument （抽象公文类）充当抽象原型类，其子类 FAR（Feasibility Analysis

Report，可行性分析报告）和 SRS（Software Requirements Specification，软件需求规格说明书）充当具体原型类，PrototypeManager 充当原型管理器。