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原型模式(Prototype)

原型模式是一种创建型设计模式,使调用方能够复制已有对象,而又无需使代码依赖它们所属的类。当有一个类的实例(原型),并且想通过复制原型来创建新对象时,通常会使用原型模式。

The Prototype pattern is generally used when we have an instance of the class (prototype) and we'd like to 
create new objects by just copying the prototype.

结构设计

原型模式包含如下角色:
Prototype,原型类,用来声明克隆方法。在绝大多数情况下,只会有一个名为 clone 的方法。
ConcretePrototype,具体原型类,用来实现克隆方法。除了将原始对象的数据复制到克隆体中之外,该方法有时还需处理克隆过程中的极端情况, 例如克隆关联对象梳理递归依赖等等。
原型模式类图表示如下:
请添加图片描述

伪代码实现

接下来将使用代码介绍下原型模式的实现。

// 1.定义原型接口,用来声明克隆方法
public interface Prototype {/*** 复制对象** @return 复制后的对象*/Prototype clone();
}
// 2、定义具体原型类(ConcretePrototype),用来实现克隆方法
public class ConcretePrototype implements Prototype {private String field;public ConcretePrototype() {}public String getField() {return field;}public ConcretePrototype(String field) {this.field = field;}@Overridepublic Prototype clone() {ConcretePrototype concretePrototype = new ConcretePrototype();concretePrototype.field = this.field;return concretePrototype;}
}
// 3、客户端调用
public class PrototypeClient {public PrototypeClient() {}// 调用方式:调用具体原型实例的克隆方法public void test() {Prototype concretePrototype = new ConcretePrototype("foo");ConcretePrototype clonedPrototype = (ConcretePrototype) concretePrototype.clone();System.out.println(clonedPrototype.getField());}
}

需要说明的是,对于Java语言来说,Object基类已经提供了一个clone的保护方法,用于实现对象的浅复制。注意,只有实现了Cloneable接口才可以调用该方法,
否则抛出CloneNotSupportedException异常。更多clone方法的介绍,可以参考笔者之前的文章。

适用场景

在以下情况下可以考虑使用原型模式:
(1) 如果需要复制一些对象,同时又希望代码独立于这些对象所属的具体类,可以使用原型模式。
例如,代码里需要处理第三方接口传递过来的对象时,即使不考虑代码耦合的情况, 调用方的代码也不能依赖这些对象所属的具体类,因为无法知道它们的具体信息。
原型模式,可以为调用方提供一个通用接口,调用方可通过这一接口与所有实现了克隆的对象进行交互,它也使得调用方与其所克隆的对象具体类独立开来。
(2) 如果子类的区别仅在于其对象的初始化方式,那么可以使用原型模式来减少子类的数量。
在原型模式中, 可以使用一系列预生成的、各种类型的对象作为原型(原型对象池)。客户端不必根据需求对子类进行实例化,只需找到合适的原型并对其进行克隆即可。

优缺点

原型模式有以下优点:
(1) 将对象克隆与对象所属的具体类分离(解耦),避免克隆对象与具体类的紧耦合。
(2) 简化了复杂对象的初始化代码。对一些复杂对象,可以通过提供克隆方法来简化调用方的使用。
(3) 提供了除继承以外的方式来实现复杂对象的初始化。继承建立了子类与父类的强耦合,如果可以,尽量不要使用继承。
但是原型模式也存在以下缺点:
(1) 在重写克隆方法时,对于复杂对象的关联对象或递归依赖等处理相比麻烦一些。

参考

《设计模式:可复用面向对象软件的基础》 Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides 著 李英军, 马晓星 等译
https://www.cnblogs.com/adamjwh/p/9033550.html 简说设计模式——原型模式
https://refactoringguru.cn/design-patterns/prototype 原型模式
https://www.baeldung.com/java-pattern-prototype Prototype Pattern in Java

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