设计模式-原型模式

什么是原型模式

     原型模式是一种创建型设计模式，用于在不直接使用new运算符创建对象的情况下，通过复制现有对象来生成新对象。它允许我们通过复制现有对象的属性和方法来创建新的对象，而无需了解对象的具体实现细节。原型模式使用原型实例来创建新的对象，通过克隆原型对象来创建新的对象，而不是通过创建新的类或实例化模板类。

在原型模式中，原型对象是被复制的对象，在创建新对象时，只需要将原型对象复制一份即可得到新的对象。这种复制可以是浅复制，即只复制对象的基本数据类型属性或引用类型属性的引用；也可以是深复制，即复制对象的所有属性和子对象。

原型模式适用于以下情况：

• 当对象的创建过程较为复杂，且创建过程中涉及到的对象类型不固定时，可以使用原型模式来简化对象的创建过程。
• 当需要创建的对象内部结构相对稳定，只是属性值不同，或者对象之间存在一些类似的属性和方法时，可以使用原型模式来复用已有对象的属性和方法。
• 当需要创建大量相似的对象时，使用原型模式可以大大提高对象的创建效率，避免重复创建相似的对象。

使用原型模式可以带来很多好处，如简化对象的创建过程、提高对象的复用性、减少重复创建对象的开销等。但在使用原型模式时需要注意，克隆对象可能会引入性能问题，需要根据具体情况进行评估和优化。

原型模式的应用场景

1. 当创建一个对象的过程比较复杂或者耗时时，可以使用原型模式来复制一个已有的对象，然后进行修改和定制，避免重新创建对象的过程。

2. 当需要创建的对象的种类较多，而且这些对象之间的区别仅在于其属性的值时，可以使用原型模式来通过复制一个已有的对象来创建新的对象，然后再进行属性的修改。

3. 当需要创建一个对象的多个实例，而且这些实例之间相互独立，可以使用原型模式来利用已有的对象作为原型，通过复制来创建新的对象。

4. 当需要动态地添加或删除对象时，可以使用原型模式来通过复制一个已有的对象来创建新的对象，然后再进行动态的增加或删除。

原型模式的使用方式

1. 创建一个原型接口或抽象类，定义复制自身的方法。
2. 创建需要复制的具体原型类，实现原型接口或继承抽象类。
3. 在原型类中实现复制自身的方法，该方法会创建并返回一个新的对象。
4. 在客户端代码中，创建一个原型对象，并调用复制方法来创建新的对象。

原型模式分为浅复制和深复制

浅复制是指在复制对象时，只复制对象本身的值，而不复制对象包含的引用类型的成员。这意味着复制的对象和原始对象共享同一个引用类型的成员，当其中一个对象修改了引用类型的成员时，另一个对象也会受到影响。

深复制是指在复制对象时，不仅复制对象本身的值，还复制对象包含的引用类型的成员。这意味着复制的对象和原始对象拥有各自独立的引用类型的成员，彼此之间互不影响。

在使用原型模式时，需要根据具体情况选择浅复制还是深复制。如果对象包含的引用类型成员是不可变的，或者不需要对复制后的对象进行修改，那么可以使用浅复制。如果对象包含的引用类型成员是可变的，或者需要对复制后的对象进行修改，那么应该使用深复制。

代码演示

原型模式是一种创建型设计模式，它使用原型实例来创建对象的克隆。这种模式通过复制现有对象的原型来创建新的对象，而不是通过实例化类来创建。在Java中，可以通过实现Cloneable接口和重写clone()方法来实现原型模式。

// 创建一个实现Cloneable接口的原型类
class Rectangle implements Cloneable {
    private int width;
    private int height;
  
    public Rectangle(int width, int height) {
        this.width = width;
        this.height = height;
    }
  
    // 重写clone()方法
    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
  
    public int getWidth() {
        return width;
    }
  
    public int getHeight() {
        return height;
    }
  
    public void setWidth(int width) {
        this.width = width;
    }
  
    public void setHeight(int height) {
        this.height = height;
    }
}

// 客户端代码
public class PrototypeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建原型对象
        Rectangle rectangle = new Rectangle(10, 20);
  
        try {
            // 克隆原型对象
            Rectangle clonedRectangle = (Rectangle) rectangle.clone();
  
            // 修改克隆对象的属性
            clonedRectangle.setWidth(30);
            clonedRectangle.setHeight(40);
  
            // 输出原型对象和克隆对象的属性
            System.out.println("原型对象的宽度和高度：" + rectangle.getWidth() + ", " + rectangle.getHeight());
            System.out.println("克隆对象的宽度和高度：" + clonedRectangle.getWidth() + ", " + clonedRectangle.getHeight());
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行以上代码，输出的结果为：

原型对象的宽度和高度：10, 20
克隆对象的宽度和高度：30, 40

以上代码中，Rectangle类实现了Cloneable接口并重写了clone()方法，使得该类的对象可以进行克隆。在客户端代码中，首先创建了一个原型对象rectangle，然后通过调用clone()方法创建了一个克隆对象clonedRectangle。通过修改克隆对象的属性，可以看到原型对象和克隆对象的属性是相互独立的，修改一个对象不会影响另一个对象。

注意：在实际应用中，原型模式还可以结合工厂模式使用，通过工厂类来创建原型对象和克隆对象。这样做的好处是可以隐藏具体的原型类，客户端只需要与工厂类进行交互，而不需要直接与原型类进行交互。

总结

原型模式是一种创建型设计模式，它允许通过克隆已有对象来创建新对象，而不需要通过实例化类来创建对象。原型模式的核心思想是使用已有对象作为蓝本，通过克隆来创建新对象，从而避免了重复的对象创建过程。

原型模式的主要优点包括：

1. 简化对象的创建过程，避免重复的初始化操作；
2. 提高对象创建的性能；
3. 可以动态添加或删除原型。

原型模式的主要缺点包括：

1. 在实现原型模式时，需要实现Cloneable接口，这会引入一定的复杂性；
2. 对于含有循环引用或包含引用其他不可序列化对象的对象，无法通过原型模式来复制。

在实际应用中，原型模式可用于以下场景：

1. 对象创建的过程比较复杂，但是对象的创建方式又具有一定的规律；
2. 需要避免重复对象创建的场景；
3. 需要动态添加或删除原型的场景。