四、创建型（原型模式）

原型模式

概念

原型模式是一种创建型设计模式，通过复制现有对象来创建新对象，而不是通过构造函数。该模式使用原型实例指定创建对象的种类，并通过复制这些原型实例来生成新对象。

应用场景

对象创建成本高：当创建对象的成本较高时，可以通过复制现有对象来节省资源。
对象配置复杂：需要频繁创建配置相似但不完全相同的对象时，通过原型模式可以简化配置。
需要支持撤销/恢复功能：在某些应用中，需要保存对象的状态，原型模式可以快速复制对象的状态。
避免子类化：在不知道要创建多少个具体产品的情况下，使用原型模式可以避免大量的子类化。

注意点

深拷贝与浅拷贝：需要明确是使用深拷贝（复制对象及其引用的对象）还是浅拷贝（仅复制对象本身，引用指向同一对象）。
克隆失败：如果对象中存在不可克隆的成员，可能会导致克隆失败。
序列化：在某些情况下，可以通过序列化和反序列化实现对象的深拷贝。

核心要素

原型接口：定义克隆方法。
具体原型：实现原型接口并提供具体的克隆实现。
客户端：使用原型来创建新对象。

Java代码示例

java 复制代码

// 原型接口
interface Prototype {
    Prototype clone();
}

// 具体原型
class ConcretePrototype implements Prototype {
    private String name;

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

    public String getName() {
        return name;
    }

    @Override
    public Prototype clone() {
        return new ConcretePrototype(name);
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype("原型A");
        ConcretePrototype clone = (ConcretePrototype) prototype.clone();
        
        System.out.println("克隆对象的名称: " + clone.getName());
    }
}

各种变形用法

深拷贝与浅拷贝

通过实现 Cloneable 接口来支持深拷贝。

java 复制代码

class DeepClonePrototype implements Prototype, Cloneable {
    private List<String> items;

    public DeepClonePrototype(List<String> items) {
        this.items = new ArrayList<>(items);
    }

    @Override
    public Prototype clone() {
        try {
            DeepClonePrototype clone = (DeepClonePrototype) super.clone();
            clone.items = new ArrayList<>(this.items); // 深拷贝
            return clone;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

利用序列化实现深拷贝

通过序列化和反序列化实现深拷贝。

java 复制代码

public class SerializablePrototype implements Prototype, Serializable {
    private String name;

    public SerializablePrototype(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public Prototype clone() {
        try {
            ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(bos);
            out.writeObject(this);

            ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(bis);
            return (SerializablePrototype) in.readObject();
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

使用工厂与原型结合

原型模式可以与工厂模式结合使用，以动态创建对象。

java 复制代码

class PrototypeFactory {
    private Map<String, Prototype> prototypes = new HashMap<>();

    public void registerPrototype(String key, Prototype prototype) {
        prototypes.put(key, prototype);
    }

    public Prototype createPrototype(String key) {
        Prototype prototype = prototypes.get(key);
        return prototype != null ? prototype.clone() : null;
    }
}

这些是原型模式的基本知识和变形用法。