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原型模式（Prototype Pattern）

news 2025/7/6 3:47:56

1 基本概念

1.1 大佬文章

设计模式是什么鬼（原型）

详解设计模式：原型模式-腾讯云开发者社区-腾讯云

1.2 知识汇总

（1）原型模式：先 new 一个实例，该实例符合需求，之后再根据这个实例为原型，重复构建新的对象；
（2）所属类型：创建型模式
（3）作用：重复创建对象；
（4）优点：可以重复获得对象的同时保持较高的性能；

1.3 基本构成

（1）抽象原型类：抽象原型类是定义具有克隆自己的方法接口，是所有具体原型类的公共父类，可以是抽象类，也可以是接口；在 Java 中 Cloneable 接口可以看作是抽象原型类；
（2）具体原型类：根据这个类可以获得一个原型对象，并且这个类中需要重现 clone 方法，可以根据这个 clone 方法复制对象；
（3）访问类：使用具体原型类中的 clone 方法，可以不断重复的复制对象；

2 Java 中的克隆

根据现有的对象复制一个新的对象的操作就是克隆，Java 中克隆分为浅克隆和深克隆（我个人更喜欢说浅拷贝和深拷贝）；浅拷贝和深拷贝的区别主要在重写 clone 方法上有所区别；但是，虽然之前有了解过拷贝的相关问题，但是发今天发现其实这里面还是有一些细节需要注意的。

2.1 拷贝的必要条件

（1）实现 Cloneable 接口：这个接口其实是一个标记接口，想要使用 clone 方法，就必须先实现这个接口，否则该类的 clone 方法是不可用的。

（2）重写 clone 方法：仅仅实现 Cloneable 接口还不能达到要求，还需要重写这个方法，否则依然不能使用 clone 方法；

2.2 浅拷贝

浅拷贝是将某个对象的所有成员属性都赋值给 clone 得到的对象；
（1）简单数据类型，如 int 等等的数据类型，直接将值拷贝过去；
（2）非简单数据类型，如引用类型的数据，是将引用的地址赋值给拷贝得到的对象，也就是说并没有新建一个成员对象，而是简单的将引用复制一遍；

package se.wangs.clonedemo.pojo;/*** -- coding: UTF-8 -- *** @author wangs* @date 2023/12/6 9:07* @description 演示浅拷贝*/
public class Teacher {private String name;private String idNo;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public String getIdNo() {return idNo;}public void setIdNo(String idNo) {this.idNo = idNo;}
}

package se.wangs.clonedemo.pojo;/*** -- coding: UTF-8 -- *** @author wangs* @date 2023/12/6 9:08* @description 演示clone*/
public class Student implements Cloneable{private String idNo;private String name;private Teacher teacher;public String getIdNo() {return idNo;}public void setIdNo(String idNo) {this.idNo = idNo;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public Teacher getTeacher() {return teacher;}public void setTeacher(Teacher teacher) {this.teacher = teacher;}@Overridepublic Student clone() {try {Student clone = (Student) super.clone();// TODO: copy mutable state here, so the clone can't change the internals of the originalreturn clone;} catch (CloneNotSupportedException e) {throw new AssertionError();}}
}

package se.wangs.clonedemo;import se.wangs.clonedemo.pojo.Student;
import se.wangs.clonedemo.pojo.Teacher;/*** -- coding: UTF-8 -- *** @author wangs* @date 2023/12/4 16:37* @description 浅拷贝*/
public class ShallowClone {public static void main(String[] args) {Teacher teacher1 = new Teacher();teacher1.setIdNo("001");teacher1.setName("teacher_001");Student student1 = new Student();student1.setIdNo("101");student1.setName("student_101");student1.setTeacher(teacher1);Student cloneStudent = student1.clone();System.out.println("---------------------------");System.out.println(student1);System.out.println("idNo = " + student1.getIdNo());System.out.println("name = " + student1.getName());System.out.println("teacher = " + student1.getTeacher());System.out.println("---------------------------");System.out.println(cloneStudent);System.out.println("idNo = " + cloneStudent.getIdNo());System.out.println("name = " + cloneStudent.getName());System.out.println("teacher = " + cloneStudent.getTeacher());}
}

运行测试类得到的结果如下：

---------------------------
se.wangs.clonedemo.pojo.Student@41629346
idNo = 101
name = student_101
teacher = se.wangs.clonedemo.pojo.Teacher@214c265e
---------------------------
se.wangs.clonedemo.pojo.Student@448139f0
idNo = 101
name = student_101
teacher = se.wangs.clonedemo.pojo.Teacher@214c265e

说明：

student1：原对象
cloneStudent：浅拷贝得到的对象

可以看到，student 中有一个引用类型的成员变量 teacher，浅拷贝得到的 cloneStudent 中的 teacher 变量与 student1 指向的对象相同；

2.3 深拷贝

深拷贝就是会将引用类型的变量做进一步处理，clone 出的对象的引用数据类型的成员变量，会指向一个新的变量

package se.wangs.clonedemo.pojo;/*** -- coding: UTF-8 -- *** @author wangs* @date 2023/12/6 9:07* @description 演示浅拷贝*/
public class Teacher implements Cloneable{private String name;private String idNo;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public String getIdNo() {return idNo;}public void setIdNo(String idNo) {this.idNo = idNo;}@Overridepublic Teacher clone() {try {Teacher clone = (Teacher) super.clone();// TODO: copy mutable state here, so the clone can't change the internals of the originalreturn clone;} catch (CloneNotSupportedException e) {throw new AssertionError();}}
}

package se.wangs.clonedemo.pojo;/*** -- coding: UTF-8 -- *** @author wangs* @date 2023/12/6 9:08* @description 演示clone*/
public class Student implements Cloneable{private String idNo;private String name;private Teacher teacher;public String getIdNo() {return idNo;}public void setIdNo(String idNo) {this.idNo = idNo;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public Teacher getTeacher() {return teacher;}public void setTeacher(Teacher teacher) {this.teacher = teacher;}@Overridepublic Student clone() {try {Student clone = (Student) super.clone();// 获得原来的 teacher 对象，并clone出一个新的teacher对象Teacher newTeacher = clone.getTeacher().clone();// 重新设置teacherclone.setTeacher(newTeacher);return clone;} catch (CloneNotSupportedException e) {throw new AssertionError();}}
}

package se.wangs.clonedemo;import se.wangs.clonedemo.pojo.Student;
import se.wangs.clonedemo.pojo.Teacher;/*** -- coding: UTF-8 -- *** @author wangs* @date 2023/12/6 10:09* @description 深拷贝*/
public class DeepClone {public static void main(String[] args) {Teacher teacher1 = new Teacher();teacher1.setIdNo("001");teacher1.setName("teacher_001");Student student1 = new Student();student1.setIdNo("101");student1.setName("student_101");student1.setTeacher(teacher1);Student cloneStudent = student1.clone();System.out.println("---------------------------");System.out.println(student1);System.out.println("idNo = " + student1.getIdNo());System.out.println("name = " + student1.getName());System.out.println("teacher = " + student1.getTeacher());System.out.println("---------------------------");System.out.println(cloneStudent);System.out.println("idNo = " + cloneStudent.getIdNo());System.out.println("name = " + cloneStudent.getName());System.out.println("teacher = " + cloneStudent.getTeacher());}
}

运行得到

---------------------------
se.wangs.clonedemo.pojo.Student@41629346
idNo = 101
name = student_101
teacher = se.wangs.clonedemo.pojo.Teacher@214c265e
---------------------------
se.wangs.clonedemo.pojo.Student@448139f0
idNo = 101
name = student_101
teacher = se.wangs.clonedemo.pojo.Teacher@7cca494b

可以看到，得到的 teacher 对象的地址变了；

2.4 总结

浅拷贝和深拷贝的主要区别就是对引用类型的变量的处理
（1）浅拷贝：引用类型的变量拷贝前后指向同一个对象；
（2）深拷贝：引用类型的变量拷贝后指向新的对象；
（3）核心：重写 clone 方法时对引用类型变量的处理不同；
参考资料：
Java深入理解深拷贝和浅拷贝区别_java深拷贝浅拷贝-CSDN博客

3 原型设计模式

3.1 设计模式体验

（1）抽象原型类：Cloneable 接口
（2）具体原型类：可以 new 原型实例，实现 Cloneable 接口，重写了 clone() 方法；

package se.wangs.prototype;/*** -- coding: UTF-8 -- *** @author wangs* @date 2023/12/6 9:07* @description*/
public class Teacher implements Cloneable{private String name;private String idNo;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public String getIdNo() {return idNo;}public void setIdNo(String idNo) {this.idNo = idNo;}@Overridepublic Teacher clone() {try {Teacher clone = (Teacher) super.clone();// TODO: copy mutable state here, so the clone can't change the internals of the originalreturn clone;} catch (CloneNotSupportedException e) {throw new AssertionError();}}
}

package se.wangs.prototype;/*** -- coding: UTF-8 -- *** @author wangs* @date 2023/12/6 9:08* @description 具体原型类*/
public class Student implements Cloneable{private String idNo;private String name;private Teacher teacher;public String getIdNo() {return idNo;}public void setIdNo(String idNo) {this.idNo = idNo;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public Teacher getTeacher() {return teacher;}public void setTeacher(Teacher teacher) {this.teacher = teacher;}@Overridepublic Student clone() {try {Student clone = (Student) super.clone();// 获得原来的 teacher 对象，并clone出一个新的teacher对象Teacher newTeacher = clone.getTeacher().clone();// 重新设置teacherclone.setTeacher(newTeacher);return clone;} catch (CloneNotSupportedException e) {throw new AssertionError();}}
}

（3）访问类：实例化原型，通过 clone 复制原型对象；

package se.wangs.prototype;/*** -- coding: UTF-8 -- *** @author wangs* @date 2023/12/6 10:30* @description 访问类*/
public class Client {public static void main(String[] args) {Teacher teacher = new Teacher();teacher.setName("okay");teacher.setIdNo("0001");Student student = new Student();student.setIdNo("stu_001");student.setName("onesun");student.setTeacher(teacher);System.out.println("---------------------------");System.out.println(student);System.out.println("idNo = " + student.getIdNo());System.out.println("name = " + student.getName());System.out.println("teacher = " + student.getTeacher());for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println("---------------------------");Student cloneStudent = student.clone();System.out.println(cloneStudent);System.out.println("idNo = " + cloneStudent.getIdNo());System.out.println("name = " + cloneStudent.getName());System.out.println("teacher = " + cloneStudent.getTeacher());}}
}

3.2 总结

（1）原型设计模式的思想就是拿到一个对象，将该对象当作一个标准，然后使用 clone 方法不断重复的去复制这个标准（原型对象），从而得到大量同类型的对象，在游戏等等场景中应用广泛。
（2）使用原型模式而不是 new 对象的优点是，节约 new 需要消耗的资源，提高系统的性能。
（3）原型模式的应用
Spring 框架对 bean 对象进行管理，而默认的 bean 对象是单例模式的，也可以使用 scope 属性指定为非单例模式，当 scope 属性为"socpe=prototype"时，就是非单例模式，其实这里使用的就是原型模式；