设计模式创建型模式之原型模式

一、背景

1、解决性能问题

解决对象创建的性能问题。在某些情况下，创建对象的过程是复杂且耗时的，如果需要创建大量相似的对象，就会导致性能下降。原型模式通过复制已有对象的方式来创建新对象，避免了创建对象的耗时操作，提高了性能。

2、对象的创建需要运行时信息

有些对象的创建需要根据运行时的信息进行判断，如果使用传统的创建方式，就需要在代码中加入大量的条件判断语句，使得代码变得复杂且难以维护。而原型模式通过克隆已有对象的方式来创建新对象，避免了条件判断的复杂性。

3、对象的创建过程复杂

有些对象的创建过程包含了多个步骤，例如初始化属性、连接数据库等，如果需要创建大量相似的对象，这些步骤都需要重复执行，导致性能下降。而原型模式通过复制已有对象的方式来创建新对象，避免了这些复杂的初始化过程。

4、对象的创建与使用分离

使用传统的创建方式，对象的创建与使用是紧密耦合的，创建对象的代码必须在使用对象的代码之前。而原型模式将对象的创建与使用分离开来，通过克隆已有对象的方式来创建新对象，使得对象的创建可以在不同的时间和地点进行，提高了系统的灵活性和扩展性。

二、介绍

1、定义

原型模式是一种创建型设计模式，用于创建对象的克隆。它通过复制现有对象的原型来创建新的对象，而无需通过实例化类来创建对象。

2、组成

原型模式包含以下几个角色：

• 抽象原型类：定义具体原型类必须实现的方法。
• 具体原型类：实现抽象原型类的克隆方法，实现对象的复制和克隆。
• 客户端类：使用具体原型类的克隆方法来创建新的对象。

三、代码实现

1、实现Cloneable接口

在Java中，原型模式的实现通常需要实现Cloneable接口，并重写clone()方法来进行对象的复制，同时需要保证对象的成员变量是可拷贝的。

2、代码实现分析

首先，我们创建一个原型类Person ，包含一个方法clone()：

package org.storemanage.regestercenter.prototypemode;

/**
 * @CreateTime: 2024-08-28
 * @Description: 原型人
 * @Version: 1.0
 * @Author: hkf
 */

public class Person implements Cloneable {

    private String  name;

    public Person(String personName) {
        this.name = personName;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public  void say(){
        System.out.println("说话声音真大！！！");
    }

    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
       return super.clone();
    }
}

然后，我们创建具体原型类PersonTest ，实现Person：

package org.storemanage.regestercenter.prototypemode;

/**
 * @CreateTime: 2024-08-29
 * @Description: 测试类
 * @Version: 1.0
 * @Author: hkf
 */

public class PersonTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        //创建相同的对象

        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            Person  ps = new Person("王麻子");
            System.out.println("王麻子的地址为："+ps);
            System.out.println(ps.getName());
        }

        //原型模式创建对象
        Person person1 = new Person("张三");
        Person person2 = (Person) person1.clone();

        System.err.println("person1的人类地址为：" + person1);
        System.err.println("person2的人类地址为：" + person2);
        System.out.println("person1的人类名称为：" + person1.getName());
        System.out.println("person2的人类名称为：" + person2.getName());

        person1.setName("李四");
        System.out.println("设置过值person1的人类名称为：" + person1);
        System.err.println("设置过值person2的人类名称为：" + person2);
        System.out.println("person1的人类名称为：" + person1.getName());
        System.err.println("person2的人类名称为：" + person2.getName());

    }
}

结果如下

王麻子的地址为：org.storemanage.regestercenter.prototypemode.Person@52af6cff
王麻子
王麻子的地址为：org.storemanage.regestercenter.prototypemode.Person@735b478
王麻子
person1的人类名称为：张三
person2的人类名称为：张三
设置过值person1的人类名称为：org.storemanage.regestercenter.prototypemode.Person@2096442d
person1的人类名称为：李四
person1的人类地址为：org.storemanage.regestercenter.prototypemode.Person@2096442d
person2的人类地址为：org.storemanage.regestercenter.prototypemode.Person@9f70c54
设置过值person2的人类名称为：org.storemanage.regestercenter.prototypemode.Person@9f70c54
person2的人类名称为：张三

Process finished with exit code 0

在以上示例中，我们通过调用person1的clone()方法，得到了一个克隆的person2对象。然后我们修改person1的name属性，发现person2的name属性并未改变，证明它们是两个独立的对象。

3、注意事项

因为Object是所有类的老大，默认都继承他，clone方法也是Object类提供的，如果不实现CloneAble接口。则会报错,示例如下

Exception in thread "main" java.lang.CloneNotSupportedException: org.storemanage.regestercenter.prototypemode.Person
	at java.base/java.lang.Object.clone(Native Method)
	at org.storemanage.regestercenter.prototypemode.Person.clone(Person.java:32)
	at org.storemanage.regestercenter.prototypemode.PersonTest.main(PersonTest.java:25)

Process finished with exit code 1

四、总结

1、实现Cloneable接口

原型模式的实现通常需要实现Cloneable接口，并重写clone()方法来进行对象的复制

2、原型模式的优点包括：

1. 在运行时动态生成对象，避免了类的实例化过程，提高了对象的创建效率。
2. 可以通过复制现有对象的原型来创建新的对象，而无需知道具体的创建细节。
3. 可以通过修改原型对象的属性来创建不同的对象，避免了重复的初始化过程。

3、原型模式的缺点包括：

1. 需要实现Cloneable接口，并重写clone()方法，如果对象的成员变量是复杂对象，则需要保证这些对象也是可拷贝的。
2. 对象的复制可能会带来一些潜在的问题，例如深拷贝和浅拷贝的区别。
3. 原型模式在创建对象时，没有调用类的构造函数，可能会绕过一些必要的初始化过程。

4、运用1

在实际应用中，原型模式常用于创建复杂的对象，尤其是那些需要耗费大量资源或时间的对象。通过原型模式，可以通过复制一个已有的对象来创建新的对象，从而避免了重复的初始化过程，提高了性能和效率。

5、运用2

原型模式是一种创建型设计模式，通过复制现有对象来创建新的对象。它主要解决了创建对象的开销问题，避免了直接创建对象的耗时操作。原型模式基于原型实例的克隆来创建新的对象，即通过克隆原型对象得到一个新的对象。