【设计模式系列】原型模式（十一）

一、什么是原型模式

原型模式（Prototype Pattern）是一种创建型设计模式，它使得一个对象可以复制自身，从而创建一个与自己属性一致的新对象，而无需知晓对象创建的细节。这种模式允许动态地增加对象的数量，并通过复制现有的对象来提高效率，特别是当直接创建对象的代价较大时（例如，涉及复杂的初始化过程）。

二、原型模式的角色

• Prototype（原型角色）：这
  • 是一个抽象类或接口，它声明了一个克隆自身的方法（通常是clone）。在Java中，这通常是通过实现Cloneable接口并覆盖Object类的clone方法来实现的。
• ConcretePrototype（具体原型角色）：
  • 这是Prototype角色的具体实现，它实现了克隆方法，以创建自身的副本。

三、角色模式的典型应用

1. 实现对象池：在需要频繁创建和销毁对象的场景中，如数据库连接池或线程池，原型模式可以用来快速复制对象，减少创建和销毁的开销。

2. 深拷贝和浅拷贝：原型模式可以实现对象的深拷贝（复制对象及其所有引用的对象）和浅拷贝（仅复制对象本身），这在需要复制对象图时非常有用。

四、原型模式在Object对象中的应用

以下是原型模式在Object对象中的具体应用：

1. Cloneable接口：

   • Cloneable是一个标记接口，没有任何方法，它用来指示一个类的对象是“可克隆”的。当一个类实现了Cloneable接口，它承诺该类的对象可以被克隆。

2. Object类的clone()方法：

   • Object类中的clone()方法是protected的，这意味着只有该类及其子类可以调用此方法。这个方法返回对象的一个副本，但是默认实现只是简单地返回对象的引用，而不是真正的副本。

3. 实现克隆：

   • 要使用clone()方法来复制对象，子类需要实现Cloneable接口，并重写clone()方法，以提供创建对象副本的具体实现。

以下是一个简单的示例，展示了如何在Java中使用Object类的clone()方法来实现原型模式：

// 1. 实现Cloneable接口
public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;

    public Sheep(String name) {
        this.name = name;
    }

    // 2. 重写clone()方法
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

// 使用原型模式
public class PrototypeTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Sheep original = new Sheep("Original");
            Sheep cloned = (Sheep) original.clone(); // 3. 调用clone()方法
            System.out.println("Original: " + original.getName());
            System.out.println("Cloned: " + cloned.getName());
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在这个例子中，Sheep类实现了Cloneable接口，并重写了Object类的clone()方法，以创建对象的副本。在main方法中，我们创建了一个Sheep对象，并使用clone()方法来复制这个对象。由于clone()方法是protected的，所以它只能在Sheep类或其子类中被调用。

需要注意的是，Object类的clone()方法只能实现浅拷贝，即只复制对象本身和它的所有成员变量，如果成员变量是引用类型，则复制的是引用，而不是引用对象本身。如果需要实现深拷贝，需要在子类中自定义克隆逻辑。