原型模式（創建型）

来源:https://www.cnblogs.com/afei688/archive/2022/09/26/16730332.html
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原型模式 介紹 定義：用一個已經創建的實例作為原型，通過複製該原型對象來創建一個和原型對象相同的新對象。 簡單理解，就是當需要創建一個指定的對象時，我們剛好有一個這樣的對象，但是又不能直接使用，我會clone一個一模一樣的新對象來使用，這就是原型模式。關鍵字：Clone。 原型模式分為“深拷貝”和“ ...


原型模式

介紹

定義：用一個已經創建的實例作為原型，通過複製該原型對象來創建一個和原型對象相同的新對象。

簡單理解，就是當需要創建一個指定的對象時，我們剛好有一個這樣的對象，但是又不能直接使用，我會clone一個一模一樣的新對象來使用，這就是原型模式。關鍵字：Clone。

原型模式分為“深拷貝”和“淺拷貝”。

深拷貝：創建一個新對象，對象的屬性中引用的其他對象也會被克隆，不再指向原有對象地址；

淺拷貝：創建一個新對象，新對象的屬性和原來對象完全相同，對於非基本類型屬性（引用類型），仍指向原有屬性所指向的對象的記憶體地址。

原型模式包含以下角色：

  • 抽象原型類： 規定了具體原型對象必須實現的 clone() 方法；
  • 具體原型類：實現抽象原型類的 clone() 方法，它是可被覆制的對象；
  • 訪問類：使用具體原型類中的 clone() 方法來複制新的對象；

Java中的 Object 類中提供了 clone() 方法來實現淺拷貝。 Cloneable 介面是抽象原型類，而實現了Cloneable介面的子實現類就是具體的原型類。

public class Prototype implements Cloneable {	// 具體原型類
    public Prototype() {
        System.out.println("具體的原型對象創建完成");
    }

    @Override
    protected Prototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("具體原型複製成功！");
        return (Prototype) super.clone();
    }
}

public class PrototypeTest {	// 測試類
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Prototype p1 = new Prototype();
        Prototype p2 = p1.clone();

        System.out.println("對象p1和p2是同一個對象？" + (p1 == p2));	// false
    }
}

再舉個例子：

現在正是秋招，投遞簡歷會受到筆試的郵件，同一家公司發送的郵件內容除了名字不同，其他都相同，可以使用原型模式複製多個候選人郵件出來。

public class EmailPrototype implements Cloneable {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void show() {
        System.out.println(name + "同學：您好！非常高興邀請您參加本公司2023校園招聘線上考試，希望您能按時完成！");
    }

    @Override
    protected EmailPrototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (EmailPrototype) super.clone();
    }

    // 測試類
    static class EmailPrototypeTest {
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
            EmailPrototype ep1 = new EmailPrototype();
            ep1.setName("張三");
            // 複製郵件
            EmailPrototype ep2 = ep1.clone();
            ep2.setName("李四");

            ep1.show();
            ep2.show();
        }
    }
}

// 運行結果：
張三同學：您好！非常高興邀請您參加本公司2023校園招聘線上考試，希望您能按時完成！
李四同學：您好！非常高興邀請您參加本公司2023校園招聘線上考試，希望您能按時完成！

註意點：如果具體原型類沒有實現 Cloneable 介面，運行時會報異常。

使用場景：

  • 如果對象的創建非常複雜，可以使用原型模式快捷的創建對象；
  • 性能和安全要求比較高時；

（深淺拷貝）

將上面例子中屬性 name 改成 Student 類型的屬性，代碼如下：

public class EmailPrototype2 implements Cloneable {
    // 學生類
    static class Student {
        private String name;
        private String university;
		
        // 省略 get set 方法

        public Student(String name, String university) {
            this.name = name;
            this.university = university;
        }
    }
	
    private Student stu;

    public EmailPrototype2(Student stu) {
        this.stu = stu;
    }

    public Student getStu() {
        return stu;
    }

    public void setStu(Student stu) {
        this.stu = stu;
    }

    public void show() {
        System.out.printf("來自%s的%s同學：您好！非常高興邀請您參加本公司2023校園招聘線上考試，希望您能按時完成！%n", stu.getUniversity(), stu.getName());
    }

    @Override
    protected EmailPrototype2 clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (EmailPrototype2) super.clone();
    }
	// 測試方法
    static class EmailPrototype2Test {
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
            Student stu1 = new Student("張三", "北京大學");
            EmailPrototype2 e1 = new EmailPrototype2(stu1);

            EmailPrototype2 e2 = e1.clone();
            Student stu2 = e2.getStu();
            stu2.setName("李四");
            System.out.println("stu1和stu2是同一個對象？" + (stu2 == stu1));

            e1.show();
            e2.show();
        }
    }
}

// 運行結果
stu1和stu2是同一個對象？true
來自北京大學的李四同學：您好！非常高興邀請您參加本公司2023校園招聘線上考試，希望您能按時完成！
來自北京大學的李四同學：您好！非常高興邀請您參加本公司2023校園招聘線上考試，希望您能按時完成！

分析：e2引用對象是由e1拷貝來的，然後修改stu2中的name屬性為李四，發現stu1也改了，說明stu1和stu2指向的是同一塊堆記憶體（同一對象），這就是淺拷貝的效果。

但是這種場景下需要使用深拷貝，當前類和屬性類都要實現 Cloneable 介面，代碼如下：

public class EmailPrototype2 implements Cloneable {
    // 學生類
    static class Student implements Cloneable {
        private String name;
        private String university;

        // 省略 get set 方法

        public Student(String name, String university) {
            this.name = name;
            this.university = university;
        }

        @Override
        protected Student clone() throws CloneNotSupportedException {
            return (Student) super.clone();
        }
    }

    private Student stu;

    public EmailPrototype2(Student stu) {
        this.stu = stu;
    }

    public Student getStu() {
        return stu;
    }

    public void setStu(Student stu) {
        this.stu = stu;
    }

    void show() {
        System.out.printf("來自%s的%s同學：您好！非常高興邀請您參加本公司2023校園招聘線上考試，希望您能按時完成！%n", stu.getUniversity(), stu.getName());
    }

    @Override
    protected EmailPrototype2 clone() throws CloneNotSupportedException {
        EmailPrototype2 ep = (EmailPrototype2) super.clone();
        ep.setStu(ep.getStu().clone());		// 實現深拷貝這句很關鍵
        return ep;
    }

    static class EmailPrototype2Test {
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
            Student stu1 = new Student("張三", "北京大學");
            EmailPrototype2 e1 = new EmailPrototype2(stu1);

            EmailPrototype2 e2 = e1.clone();
            Student stu2 = e2.getStu();
            stu2.setName("李四");
            System.out.println("stu1和stu2是同一個對象？" + (stu2 == stu1));

            e1.show();
            e2.show();
        }
    }
}
// 運行結果：
stu1和stu2是同一個對象？false
來自北京大學的張三同學：您好！非常高興邀請您參加本公司2023校園招聘線上考試，希望您能按時完成！
來自北京大學的李四同學：您好！非常高興邀請您參加本公司2023校園招聘線上考試，希望您能按時完成！

改動的地方有以下幾點：

  1. 屬性類Student 也要實現 Cloneable 介面，並重寫 clone() 方法；
  2. 郵件類 EmailPrototype2 中重寫的 clone() 方法中，要對 Student 類型的屬性進行克隆；

總結

原型模式的本質就是clone，可以解決構建複雜對象的資源消耗問題，能在某些場景中提升構建對象的效率。

參考

(140條消息) 23 種設計模式詳解（全23種）_鬼滅之刃的博客-CSDN博客_設計模式

https://www.bilibili.com/video/BV1Np4y1z7BU


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