原型模式（Prototype Pattern）

概述

原型模式是一种创建型设计模式，它允许创建对象的副本，而无需了解其具体的类。这种模式通过克隆现有的实例来获取新的对象，而不是通过构造函数新建对象。这样可以有效避免复杂的初始化过程，提高对象创建的效率，特别是在创建类似对象时能显著减少系统开销。

目的

• 性能优化：通过复制现有对象来创建新对象，避免了重复初始化过程，特别是在初始化过程复杂或资源消耗大的场景下。

• 简化创建过程：对于某些类，直接通过复制一个已有实例比通过构造函数配置参数更简单、直观。

• 灵活的对象创建：可以在运行时决定创建哪种类型的对象，只需提供一个可克隆的原型即可。

使用场景

1. 当创建新对象的成本较高时，如对象初始化需要复杂计算或大量资源。

2. 需要创建的对象类型可在运行时决定，但都遵循某个相同的接口或抽象类。

3. 需要生成的对象实例之间差异很小，大部分状态都可以从现有实例中继承而来。

角色

• Prototype（原型）：定义克隆自身的方法，可以是接口或抽象类。

• ConcretePrototype（具体原型）：实现原型接口，负责创建自身对象的克隆。

实现步骤

1. 定义原型接口：声明一个克隆自身的方法，通常命名为 clone。

2. 实现具体原型类：实现原型接口中的 clone 方法，使用语言提供的克隆机制（如 Java 中的 Cloneable 接口和 Object.clone() 方法）来创建并返回一个新的对象实例。

3. 客户端代码：调用具体原型类的 clone 方法来创建对象副本。

代码示例（Java）

接口定义

public interface Prototype {
    Prototype clone();
}

具体原型类

public class ConcretePrototype implements Prototype {
    private String id;

    public ConcretePrototype(String id) {
        this.id = id;
    }

    @Override
    public Prototype clone() {
        try {
            return (ConcretePrototype) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new AssertionError("Clone not supported.", e);
        }
    }

    // Getter & Setter 等其他方法
}

客户端代码

public class Client {

    public static void main(String[ ] args) {

        ConcretePrototype original = new ConcretePrototype("001");
        Prototype cloned = original.clone();
        System.out.println("Original ID: " + original.getId());
        System.out.println("Cloned ID: " + cloned.getId());
    }
}

注意事项

• 深拷贝与浅拷贝：原型模式默认实现通常是浅拷贝，即只复制对象的基本数据类型属性，而引用类型属性仍指向原对象的引用。在需要完全独立的副本时，需实现深拷贝。

• Cloneable接口：在Java中，要实现深拷贝或浅拷贝，需要实现 Cloneable 接口并重写 clone() 方法。注意处理可能抛出的 CloneNotSupportedException 异常。

• 可维护性和扩展性：虽然原型模式简化了对象创建过程，但过多使用可能导致系统结构复杂化，特别是当原型类及其子类频繁变动时。

原型模式通过复用现有实例来快速创建新对象，适合于需要高效创建相似对象的场景。合理应用此模式，可以在保证代码简洁的同时，提升程序的性能和灵活性。