文章目录
原型模式（Prototype Pattern）
原型模式是 23 种设计模式中的一种创建型模式，其核心思想是通过复制（克隆）现有对象来创建新对象，而不是通过 new 关键字新建。这种模式适用于创建成本较高（如初始化步骤复杂、耗时）或需要频繁创建相似对象的场景，通过复制原型对象可以提高创建效率。
核心原理
原型接口（Prototype）：
声明克隆方法（通常为clone()），定义复制自身的接口
在 Java 中通常通过实现Cloneable接口来标识可克隆的类
具体原型（Concrete Prototype）：
实现原型接口的克隆方法，完成自身的复制
包含需要被复制的属性和方法
客户端（Client）：
通过调用原型对象的克隆方法来创建新对象
无需知道具体的创建细节，只需操作原型接口
原型模式的核心是 "对象克隆"，通过复制已有对象来生成新对象，避免了重复的初始化过程，提高了对象创建效率。
Java 实践示例
以 "文档模板克隆" 为例实现原型模式：
文档包含标题、内容和格式设置，创建过程复杂
通过克隆现有文档模板快速生成新文档
java
package com.example.demo;
public class PrototypePattern {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
// 创建原型文档（模板）
Document prototype = new Document();
prototype.setTitle("周报模板");
prototype.setContent("本周工作内容：\n1. \n2. \n3.");
prototype.setFormat(new Format("Arial", 12, "black"));
System.out.println("=== 原型文档 ===");
prototype.show();
// 克隆原型创建新文档1
Document doc1 = prototype.clone();
doc1.setTitle("张三的周报");
doc1.setContent("本周工作内容：\n1. 完成需求分析\n2. 设计数据库\n3. 编写接口文档");
// 克隆原型创建新文档2
Document doc2 = prototype.clone();
doc2.setTitle("李四的周报");
doc2.setContent("本周工作内容：\n1. 开发用户模块\n2. 修复3个BUG\n3. 编写单元测试");
System.out.println("\n=== 克隆的文档1 ===");
doc1.show();
System.out.println("\n=== 克隆的文档2 ===");
doc2.show();
// 验证克隆对象与原型的关系
System.out.println("\n原型与克隆对象是否为同一实例：" + (prototype == doc1));
System.out.println("克隆对象的格式是否与原型相同：" + (prototype.getFormat() == doc1.getFormat()));
//=== 原型文档 ===
//标题：周报模板
//内容：本周工作内容：
//1.
//2.
//3.
//格式：字体=Arial, 字号=12, 颜色=black
//
//=== 克隆的文档1 ===
//标题：张三的周报
//内容：本周工作内容：
//1. 完成需求分析
//2. 设计数据库
//3. 编写接口文档
//格式：字体=Arial, 字号=12, 颜色=black
//
//=== 克隆的文档2 ===
//标题：李四的周报
//内容：本周工作内容：
//1. 开发用户模块
//2. 修复3个BUG
//3. 编写单元测试
//格式：字体=Arial, 字号=12, 颜色=black
//
//原型与克隆对象是否为同一实例：false
//克隆对象的格式是否与原型相同：true
}
// 文档格式类
public static class Format {
private String font; // 字体
private int fontSize; // 字号
private String color; // 颜色
public Format(String font, int fontSize, String color) {
this.font = font;
this.fontSize = fontSize;
this.color = color;
}
@Override
public String toString() {
return "格式：字体=" + font + ", 字号=" + fontSize + ", 颜色=" + color;
}
}
// 文档类（实现原型接口）
public static class Document implements Cloneable {
private String title; // 标题
private String content; // 内容
private Format format; // 格式
// 克隆方法
@Override
public Document clone() throws CloneNotSupportedException {
// 调用Object类的clone()方法实现浅克隆
return (Document) super.clone();
}
// 显示文档信息
public void show() {
System.out.println("标题：" + title);
System.out.println("内容：" + content);
System.out.println(format);
}
// getter和setter方法
public String getTitle() { return title; }
public void setTitle(String title) { this.title = title; }
public String getContent() { return content; }
public void setContent(String content) { this.content = content; }
public Format getFormat() { return format; }
public void setFormat(Format format) { this.format = format; }
}
}克隆方式详解
- 浅克隆（Shallow Clone）：
特点：只复制对象本身和基本数据类型字段，引用类型字段只复制引用，不复制引用指向的对象
Java 实现：通过Object.clone()方法实现，默认是浅克隆
适用场景：对象中不含引用类型，或引用类型是不可变对象（如 String） - 深克隆（Deep Clone）：
特点：不仅复制对象本身，还递归复制所有引用类型字段指向的对象
Java 实现：
方式一：重写clone()方法，手动克隆所有引用类型字段
方式二：通过序列化（Serializable）实现
深克隆实现示例（方式一）：
java
@Override
public Document clone() throws CloneNotSupportedException {
// 先浅克隆得到基本类型字段
Document clone = (Document) super.clone();
// 手动克隆引用类型字段
clone.format = new Format(
this.format.font,
this.format.fontSize,
this.format.color
);
return clone;
}原型模式的应用场景
- 对象创建成本高：
初始化步骤复杂（如需要读取配置文件、数据库连接）
例如：报表对象、复杂的业务对象 - 需要频繁创建相似对象：
对象大部分属性相同，只有少数属性不同
例如：文档模板、邮件模板、订单模板 - 避免构造函数的限制：
当无法通过构造函数创建对象（如私有构造函数）
例如：克隆单例对象的特殊场景 - 框架中的应用：
Java 中的Object.clone()方法是原型模式的基础
Spring 中的BeanUtils.copyProperties()实现对象复制
原型模式与工厂模式结合，通过克隆生成产品
原型模式的优势在于简化对象创建过程，提高创建效率，尤其适合创建复杂对象或大量相似对象的场景。使用时需根据需求选择浅克隆或深克隆，避免引用共享导致的意外问题。