java设计模式：02-02-原型模式

原型模式（Prototype Pattern）

原型模式（Prototype Pattern）用于创建重复的对象，同时又能保证性能。它属于创建型设计模式，使用现有的实例来创建新对象，而不是每次都通过实例化来创建新对象。原型模式通过克隆已有对象来创建新的实例。

原型模式的应用场景

对象初始化消耗大量资源：如需要加载大量数据或建立复杂的网络连接。
创建新对象的代价昂贵：如涉及到复杂的计算或繁琐的配置。
系统需要大量类似对象：如需要创建大量类似的文档、图形或对象。
避免类层次结构的复杂性：如避免使用构造器或工厂模式的复杂创建逻辑。

原型模式的实现方式

1. 使用 `Cloneable` 接口实现浅拷贝

思想：实现 Cloneable 接口，并重写 clone 方法，通过浅拷贝来创建对象的副本。浅拷贝只复制对象的基本类型字段和引用类型字段的引用，而不复制引用类型字段指向的对象。

实现方式：

class Prototype implements Cloneable {private String field;public Prototype(String field) {this.field = field;}public String getField() {return field;}public void setField(String field) {this.field = field;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}public class PrototypePattern {public static void main(String[] args) {try {Prototype original = new Prototype("Original");Prototype clone = (Prototype) original.clone();System.out.println("Original: " + original.getField());System.out.println("Clone: " + clone.getField());clone.setField("Clone");System.out.println("Original after modifying clone: " + original.getField());} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}}
}

优点：

实现简单，直接使用 Java 提供的 Cloneable 接口。

缺点：

浅拷贝仅复制基本类型字段和引用类型字段的引用，不复制引用类型字段指向的对象，可能导致共享引用问题。

2. 实现深拷贝

思想：通过序列化和反序列化，或手动复制引用类型字段，来实现对象的深拷贝。深拷贝不仅复制对象的基本类型字段，还复制引用类型字段指向的对象。

实现方式：

使用序列化实现深拷贝：

import java.io.*;class PrototypeDeep implements Serializable {private static final long serialVersionUID = 1L;private String field;public PrototypeDeep(String field) {this.field = field;}public String getField() {return field;}public void setField(String field) {this.field = field;}public PrototypeDeep deepClone() {try {ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);oos.writeObject(this);ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);return (PrototypeDeep) ois.readObject();} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();return null;}}
}public class PrototypePatternDeepCopy {public static void main(String[] args) {PrototypeDeep original = new PrototypeDeep("Original");PrototypeDeep clone = original.deepClone();System.out.println("Original: " + original.getField());System.out.println("Clone: " + clone.getField());clone.setField("Clone");System.out.println("Original after modifying clone: " + original.getField());}
}

优点：

深拷贝可以完全独立地复制对象，包括其引用类型字段所指向的对象，避免共享引用问题。

缺点：

序列化和反序列化开销较大。
需要确保所有引用类型字段实现 Serializable 接口。

手动实现深拷贝：

class InnerObject implements Cloneable {private String innerField;public InnerObject(String innerField) {this.innerField = innerField;}public String getInnerField() {return innerField;}public void setInnerField(String innerField) {this.innerField = innerField;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}class PrototypeManualDeep implements Cloneable {private String field;private InnerObject innerObject;public PrototypeManualDeep(String field, InnerObject innerObject) {this.field = field;this.innerObject = innerObject;}public String getField() {return field;}public void setField(String field) {this.field = field;}public InnerObject getInnerObject() {return innerObject;}public void setInnerObject(InnerObject innerObject) {this.innerObject = innerObject;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {PrototypeManualDeep clone = (PrototypeManualDeep) super.clone();clone.innerObject = (InnerObject) innerObject.clone();return clone;}
}public class PrototypePatternManualDeepCopy {public static void main(String[] args) {InnerObject innerObject = new InnerObject("InnerOriginal");PrototypeManualDeep original = new PrototypeManualDeep("Original", innerObject);PrototypeManualDeep clone;try {clone = (PrototypeManualDeep) original.clone();System.out.println("Original: " + original.getField() + ", Inner: " + original.getInnerObject().getInnerField());System.out.println("Clone: " + clone.getField() + ", Inner: " + clone.getInnerObject().getInnerField());clone.setField("Clone");clone.getInnerObject().setInnerField("InnerClone");System.out.println("Original after modifying clone: " + original.getField() + ", Inner: " + original.getInnerObject().getInnerField());} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}}
}

优点：

通过手动实现深拷贝，可以精确控制拷贝的过程。

缺点：

手动实现深拷贝代码复杂，容易出错。
需要为每个引用类型字段单独实现拷贝逻辑。

总结

实现方式	优点	缺点
浅拷贝	实现简单，直接使用 `Cloneable` 接口	仅复制基本类型字段和引用类型字段的引用，可能导致共享引用问题
深拷贝（序列化实现）	完全独立地复制对象，包括引用类型字段所指向的对象，避免共享引用问题	序列化和反序列化开销较大，需要确保所有引用类型字段实现 `Serializable` 接口
深拷贝（手动实现）	精确控制拷贝过程	代码复杂，容易出错，需要为每个引用类型字段单独实现拷贝逻辑