23种设计模式-原型(Prototype)设计模式

什么是原型设计模式？

原型模式（Prototype Pattern） 是 创建型设计模式，它用于 克隆对象，而不是重新创建它们。

在 原型模式 中，我们创建一个对象作为原型，并允许其克隆多个副本，而不必重新初始化所有字段。

使用场景

• 创建对象开销较大，但又需要 多个相似对象。
• 对象的构造过程复杂，希望通过 复制现有对象 来减少重复代码。
• 需要 避免使用 new 关键字 来创建实例。

原型设计模式的特点

• 减少对象创建成本：克隆对象比 new 关键字创建对象更高效。
• 避免重复初始化：对象已存在，直接克隆，不需要重复赋值。
• 提供深拷贝和浅拷贝：可以根据需求实现不同级别的克隆。
• 解耦对象构造：创建对象的逻辑独立于使用对象的逻辑。

原型设计模式的结构

原型模式包含以下几个主要部分：

• Prototype（原型接口）：定义 clone() 方法，所有要克隆的类都要实现该接口。
• ConcretePrototype（具体原型类）：实现 Prototype 接口，并提供克隆对象的方法。
• Client（客户端）：通过调用 clone() 方法来创建新对象，而不是使用 new。

原型设计模式的优缺点

✅ 优点

• 提高性能：避免了 new 操作，减少对象创建开销。
• 简化对象创建：只需要 clone() 方法即可获得新对象。
• 减少代码重复：省去了重新初始化对象的代码逻辑。

❌ 缺点

• 需要实现 clone() 方法：所有类都要 显式实现克隆逻辑，可能增加代码复杂度。
• 深拷贝和浅拷贝问题：
  • 浅拷贝：仅复制对象本身，不复制其内部引用对象。
  • 深拷贝：需要手动实现内部对象的克隆逻辑，可能增加代码复杂度。

原型设计模式的Java实现

代码地址：GitHub

• 首先创建一个原型接口Prototype，接口定义一个clone()方法

/**
 * @author hanson
 * @description: 原型接口
 * @date 2025-03-23 22:30:55
 * @version: 1.0
 */
public interface Prototype {
    public Object Clone();
}

• 现在创建一个具体的产品Product去实现这个接口，重写clone方法

/**
 * @author hanson
 * @description: 体原型类
 * @date 2025-03-23 22:31:37
 * @version: 1.0
 */
public class Product implements Prototype {

    private int id;
    private double price;

    public Product() {

    }

    public Product(int id, double price) {
        this.id = id;
        this.price = price;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public double getPrice() {
        return price;
    }

    @Override
    public Object Clone() {
        Product object = new Product();
        object.id = this.id;
        object.price = this.price;

        return object;
    }
}

• 创建一个客户端调用测试

/**
 * @author hanson
 * @description: 模拟客户端
 * @date 2025-03-23 22:33:22
 * @version: 1.0
 */
public class PrototypePattern {

    public static void main(String[] args) {
        Product product1 = new Product(2022, 5.28);
        System.out.println(product1.getId() + " " + product1.getPrice());

        // Product product2 = new Product(2022, 5.28);
        Product product2 = (Product) product1.Clone();
        System.out.println(product2.getId() + " " + product2.getPrice());

        Product product3 = (Product) product1.Clone();
        System.out.println(product3.getId() + " " + product3.getPrice());
    }
}

运行结果

代码总结

• Prototype（原型接口） 定义 Clone() 方法，所有要克隆的类都要实现该接口。
• Product（具体原型类） 实现 Prototype 接口，并在 Clone() 方法中复制对象属性。
• Main（客户端） 通过 Clone() 方法克隆多个 Product 实例，而不是使用 new 关键字创建对象。

总结

• 原型模式（Prototype Pattern） 适用于 创建成本高 或 构造逻辑复杂 的对象。
• 通过 clone() 方法复制对象，避免 new 关键字的高成本操作。
• 在 Java 中，可以使用 Cloneable 接口和 Object.clone() 方法 简化克隆操作。
• 在实现深拷贝时，需要 手动克隆内部对象，以避免浅拷贝带来的问题。

✅ 适用场景：

• 需要 高效创建对象，避免 new 关键字带来的性能损耗。
• 需要 重复创建相同类型的对象，但不希望每次都手动初始化。
• 适用于 具有复杂状态的对象，希望通过复制来保留状态。

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