设计模式(创建型）- 原型模式

目录

定义

类图

角色

优缺点

优点

缺点

应用场景

案例展示

浅克隆

深克隆

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定义

        原型模式旨在创建重复的对象，同时确保良好的性能表现。它通过复制现有对象（原型）来创建新对象，而非使用传统的构造函数创建方式。这种设计模式属于创建型模式，为对象创建提供了一条便捷、高效的途径。其核心在于，通过复制原型对象的属性和状态，极大地减少了新对象创建过程中的资源消耗和时间成本。

类图

角色

1. 原型（Prototype）：声明一个克隆自身的接口，这是所有支持克隆操作的类的通用接口。它为具体原型类定义了克隆方法的规范，使得具体原型类只需实现该接口，就能实现对象的克隆。​

2. 具体原型（Concrete Prototype）：实现原型接口，定义克隆方法。在克隆方法中，具体原型类会创建一个与自身属性和状态相同的新对象，并返回该对象。

优缺点

优点

• 性能优势：Java 自带的原型模式基于内存二进制流的复制，相比直接使用new关键字创建对象，能显著提升性能。在创建复杂对象时，new操作需要经历类的加载、初始化等一系列过程，而原型模式通过复制内存中的对象，避免了这些繁琐的步骤，大幅缩短了对象创建的时间。​

• 状态保存与恢复：借助深克隆，原型模式可以完整地保存对象的状态。这一特性在实现撤销操作或恢复对象历史状态时极为有用。通过克隆并保存对象的特定状态，程序能够在需要时轻松恢复到之前的状态，简化了状态管理的复杂度。

缺点

• 违背开闭原则：由于clone方法位于类的内部，对已有类进行改造以支持原型模式时，需要修改类的代码。这与开闭原则相悖，可能导致代码的可维护性降低，尤其是在大型项目中，牵一发而动全身，增加了系统的维护成本。​

• 深克隆实现复杂：在实现深克隆时，需要编写复杂的代码。当对象之间存在多重嵌套引用时，为了确保所有层次的对象都能被正确克隆，每个层次的对象对应的类都必须支持深克隆，这无疑增加了实现的难度和复杂性。

应用场景

• 对象相似性高：当系统中需要创建多个相似对象，仅个别属性不同时，原型模式是理想的选择。以游戏开发为例，游戏中的角色通常具有相似的基本属性和行为，使用原型模式可以通过克隆一个基础角色，然后修改特定属性，快速创建多个不同的角色实例。​

• 创建成本高昂：在创建对象成本较大的情况下，如初始化时间长、占用大量 CPU 资源或网络资源，原型模式可以优化资源使用。比如，创建一个需要从数据库加载大量数据并进行复杂计算的对象，通过克隆已有的对象，可以避免重复的加载和计算过程，提高系统的响应速度。​

• 数据准备繁琐：当创建对象需要繁琐的数据准备或特定的访问权限时，原型模式可以简化对象的创建过程，提高性能和安全性。例如，创建一个需要经过多层权限验证和复杂数据配置的对象，通过克隆已有的合法对象，可以减少不必要的验证和配置步骤。​

• 大量对象需重新赋值：在系统中大量使用某类对象，且每个调用者都需要为其属性重新赋值的场景下，原型模式可以通过克隆对象，快速满足不同调用者的需求，减少重复创建对象的开销。

案例展示

浅克隆

• 浅克隆是使用默认的 clone()方法来实现

• 基本数据类型的成员变量，浅克隆会直接进行值传递（复制属性值给新对象）

• 引用数据类型的成员变量，浅克隆会进行引用传递（复制引用值（内存地址）给新对象）

• 在原先Sheep 类基础上实现 Cloneable 接口，重写 clone 方法。

public class Sheep implements Cloneable{private String name;private int age;@Overrideprotected Object clone()  {//克隆该实例，使用默认的clone方法来完成Sheep sheep = null;try {sheep = (Sheep)super.clone();} catch (Exception e) {System.out.println(e.getMessage());}return sheep;}public Sheep(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "Sheep{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +'}';}
}

深克隆

• 方法1：

  • 引用对象也实现 Cloneable 接口

  • 对象调用引用对象的clone 方法

• 方法2：

  • 实现序列化接口，不必实现Cloneable 接口了

public class Sheep implements Serializable { //实现序列化接口private String name;private int age;public Cow friend;public Sheep(String name, int age) {this.name = name;this.age = age;}@Overridepublic String toString() {return "Sheep{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +'}';}public Object deepClone() { //深拷贝//创建流对象ByteArrayOutputStream bos = null;ObjectOutputStream oos = null;ByteArrayInputStream bis = null;ObjectInputStream ois = null;try {//序列化bos = new ByteArrayOutputStream();oos = new ObjectOutputStream(bos);oos.writeObject(this); //当前这个对象以对象流的方式输出//反序列化bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());ois = new ObjectInputStream(bis);Sheep sheep = (Sheep) ois.readObject();return sheep;} catch (Exception e) {e.printStackTrace();return null;} finally {//关闭流try {bos.close();oos.close();bis.close();ois.close();} catch (Exception e2) {System.out.println(e2.getMessage());}}}
}