设计模式之原型模式

1、简单介绍

原型模式（Prototype Pattern）是一种创建型设计模式，它通过复制现有的实例来创建新对象，而不是通过调用类的构造函数来创建新实例。这种模式适用于需要快速复制大量相同或相似对象，或者创建对象需要消耗大量资源、执行复杂初始化过程，或者需要保护原始对象的状态不受修改等情况。

2、主要角色

Prototype（原型）：定义一个克隆自身的接口，通常包含一个clone()方法。
ConcretePrototype（具体原型）：实现原型接口，提供克隆自身的具体实现。具体原型类通常包含需要复制的属性和方法。

3、使用场景

资源消耗大的对象：当创建对象需要消耗大量资源（如数据库查询、网络通信、复杂计算等）时，使用原型模式可以避免重复创建相同的对象，提高性能。
初始化过程复杂的对象：如果对象的初始化过程涉及多个步骤、依赖关系复杂，使用原型模式可以简化对象的创建过程，只需克隆已初始化好的原型即可。
保护原始对象状态：在某些场景下，可能需要复制一个对象而不影响原始对象的状态。原型模式可以创建对象的副本，避免直接修改原始对象。
动态生成对象：在运行时根据用户需求动态生成新对象，或者需要动态地改变对象的某些属性，可以利用原型模式快速复制并调整对象。

4、Java代码示例

假设我们有一个Employee类，包含姓名、职位、薪水等属性，我们使用原型模式来复制员工对象：

import java.util.Date;public class Employee implements Cloneable {private String name;private String position;private double salary;private Date hireDate;public Employee(String name, String position, double salary, Date hireDate) {this.name = name;this.position = position;this.salary = salary;this.hireDate = (Date) hireDate.clone(); // 防止原始日期对象被修改}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public String getPosition() {return position;}public void setPosition(String position) {this.position = position;}public double getSalary() {return salary;}public void setSalary(double salary) {this.salary = salary;}public Date getHireDate() {return (Date) hireDate.clone(); // 防止原始日期对象被修改}public void setHireDate(Date hireDate) {this.hireDate = (Date) hireDate.clone(); // 防止原始日期对象被修改}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}
}// 客户端代码
public class Client {public static void main(String[] args) {try {Employee original = new Employee("John Doe", "Manager", 50000, new Date());Employee copy = (Employee) original.clone();copy.setName("Jane Doe");copy.setSalary(60000);System.out.println("Original employee: " + original);System.out.println("Cloned employee: " + copy);} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}}
}

5、使用过程中可能遇到的问题

1、深拷贝与浅拷贝：默认的clone()方法实现的是浅拷贝，即只复制对象本身，而不复制其引用的对象。如果对象包含引用类型属性（如数组、集合或其他对象），浅拷贝可能导致原始对象和克隆对象之间的数据共享，修改其中一个对象会影响另一个。对于包含复杂数据结构的对象，需要实现深度拷贝。

2、Cloneable接口的局限性：Java的Cloneable接口是标记接口，没有提供克隆方法。如果忘记实现Cloneable接口或重写clone()方法，调用clone()会抛出CloneNotSupportedException。此外，clone()方法是protected的，需要进行类型转换。

3、对象创建逻辑的分散：如果原型模式与工厂模式、单例模式等混合使用，可能会导致对象创建逻辑分散在多个地方，不易管理。

4、滥用原型模式：不是所有对象都适合使用原型模式。对于简单对象或创建成本较低的对象，直接使用构造函数或工厂方法创建更直观、高效。

6、遇到问题的解决方案

1、深拷贝与浅拷贝解决方案：重写clone()方法，实现深度拷贝。对于引用类型属性，也需要调用其clone()方法（如果支持）或手动复制其内容。对于不可变对象（如String、Integer等），可以直接引用，无需复制。

2、Cloneable接口的局限性解决方案：确保具体原型类实现Cloneable接口并重写clone()方法。在客户端代码中捕获CloneNotSupportedException，并提供相应的错误处理或提示。为避免类型转换，可以考虑提供一个公共的克隆方法，如createClone()。

3、对象创建逻辑的分散解决方案：明确区分各种模式的职责，尽量保持对象创建逻辑的集中。可以考虑使用工厂方法返回原型对象，或将原型对象的创建与管理交给单例模式的实例。

4、滥用原型模式解决方案：根据对象的复杂度、创建成本等因素，合理选择创建对象的方式。对于简单对象或创建成本较低的对象，优先考虑构造函数或工厂方法。