原型模式（Prototype Pattern）是一种创建型设计模式，它允许通过复制（或克隆）一个已有对象的方式来创建新对象，而无需重新实例化。这种模式的核心思想是利用已有的对象作为原型，通过对其进行复制来生成新的对象。
定义
原型模式是一个巧妙的工具，它可以帮助我们解决在编程过程中的一些头疼问题，想象一下你每次需要一个对象时都得从零开始创建，这就像每次要画一幅画都得从头开始准备颜料和画布一样。如果对象的创建涉及到大量的数据加载或复杂的初始化工作，这就会非常耗时。原型模式就像是一个预先准备好的模板，让我们可以直接复制一个已经存在的对象，而不是每次都重新制作。有些对象的构造函数特别复杂，参数多得让人眼花缭乱，使用原型模式，我们就不再需要调用这样的构造函数，而是直接复制一个已经配置好的对象，这样，对象的创建过程就变得更加简单和直观了。有时候我们还需要根据程序运行时的不同情况来生成不同的对象，原型模式允许我们在复制对象之前对其进行修改，这样就可以轻松地根据需要生成具有不同状态的对象了。
代码案例
1、范例代码演示
假设我们有一个ComplexObject类，它代表一个复杂的数据对象，每次创建时都需要从数据库或外部资源中加载大量数据，如以下代码：
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class ComplexObject {
private List<Data> dataList = new ArrayList<>();
public ComplexObject() {
// 模拟从数据库或外部资源中加载大量数据
System.out.println("Loading data...");
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
dataList.add(new Data()); // 假设Data是一个简单的数据类
}
System.out.println("Data loaded.");
}
// 为了展示，添加一个简单的获取数据的方法
public List<Data> getData() {
return dataList;
}
// 假设Data是一个简单的内部类，用于存储数据
public static class Data {
private String value;
public Data() {
value = "Some data"; // 在实际应用中，这里可能是从数据库或其他来源获取的数据
}
@Override
public String toString() {
return value;
}
}
}
现在，如果我们想创建多个ComplexObject实例，每次都会执行大量的数据加载操作，如下代码：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 创建第一个ComplexObject实例，加载数据
ComplexObject obj1 = new ComplexObject();
System.out.println("Object 1 created.");
// 创建第二个ComplexObject实例，再次加载数据
ComplexObject obj2 = new ComplexObject();
System.out.println("Object 2 created.");
}
}
当运行上述代码时，会看到以下输出，如下代码：
Loading data...
Data loaded.
Object 1 created.
Loading data... // 注意这里，我们又重新加载了数据，即使obj1已经加载过一遍了。
Data loaded.
Object 2 created.
如上，每次创建ComplexObject实例时都会重新加载数据，频繁创建这种对象，会造成资源浪费和性能下降，但是通过原型模式，我们可以避免这种不必要的重复加载，从而提高应用程序的性能和效率。
2、正例代码演示
使用原型模式，我们可以通过复制已有的对象来创建新的对象，而无需每次都重新加载数据或执行复杂的初始化操作，如下代码，展示了如何使用原型模式来优化对象创建的过程：
首先，我们修改ComplexObject类，让它实现Cloneable接口并重写clone()方法。clone()方法将返回一个与原始对象具有相同状态的新对象，而不会重新加载数据。
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class ComplexObject implements Cloneable {
private List<Data> dataList = new ArrayList<>();
public ComplexObject() {
// 模拟从数据库或外部资源中加载大量数据
System.out.println("Loading data...");
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
dataList.add(new Data()); // 假设Data是一个简单的数据类
}
System.out.println("Data loaded.");
}
// 实现Cloneable接口的clone方法，用于创建对象的副本
@Override
public ComplexObject clone() {
try {
return (ComplexObject) super.clone(); // 调用Object类的clone方法进行浅复制
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace(); // 在正常情况下，CloneNotSupportedException不会发生
return null;
}
}
// 为了展示，添加一个简单的获取数据的方法
public List<Data> getData() {
return dataList;
}
// 假设Data是一个简单的内部类，用于存储数据
public static class Data {
private String value;
public Data() {
value = "Some data"; // 在实际应用中，这里可能是从数据库或其他来源获取的数据
}
@Override
public String toString() {
return value;
}
}
}
接下来，我们可以在客户端代码中使用clone()方法来创建ComplexObject的实例，而无需每次都重新加载数据：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 创建第一个ComplexObject实例，加载数据
ComplexObject original = new ComplexObject();
System.out.println("Original object created.");
// 使用clone()方法创建第二个ComplexObject实例，无需重新加载数据
ComplexObject copy1 = original.clone();
System.out.println("Copy 1 created.");
// 使用clone()方法创建第三个ComplexObject实例，同样无需重新加载数据
ComplexObject copy2 = original.clone();
System.out.println("Copy 2 created.");
}
}
当运行上述代码时，您会看到以下输出：
Loading data... // 只有在这里加载了一次数据。之后都是通过复制来创建新对象。
Data loaded.
Original object created. // 创建了原始对象。
Copy 1 created. // 通过复制原始对象创建了第一个副本。
Copy 2 created. // 通过复制原始对象创建了第二个副本。```java
这样，通过使用原型模式，我们避免了不必要的重复数据加载，提高了对象创建的效率和性能。在实际应用中，原型模式特别适用于创建成本较高或需要动态生成对象的场景。
核心总结
原型模式是一种创建对象的设计模式，它通过复制现有的对象来创建新的对象。
在原型模式中，我们创建一个原型对象，并通过复制这个原型对象来创建新的对象，原型对象通常是一个通用的对象，它包含了对象的基本属性和方法，在创建新对象时，我们只需要复制原型对象，并根据需要修改新对象的属性即可。
原型模式的主要优点是可以提高对象创建的效率，尤其是在需要创建大量相似对象的情况下。此外，原型模式还可以减少对象创建的开销，因为我们不需要每次都创建一个新的对象。原型模式的缺点是可能会导致代码可读性降低，因为我们需要在代码中处理对象的复制过程。
在 Java 中，我们可以使用原型模式来实现对象的复制。例如，我们可以使用 Java 的 clone 方法来复制对象。需要注意的是，在使用 clone 方法时，我们需要确保被复制的对象是可复制的，并且需要处理深拷贝和浅拷贝的问题。
