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设计模式-- 原型模式详解

news 2025/5/19 4:54:43

原型模式（prototype）

原型模式：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象，原型模式属于创造性模式，它同样提供了创建对象的最佳方式之一。（效率很高）

原型模式实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆，当创建的对象过于复杂，代价较大的时候，使用原型模式，

例如，一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象，在下一个请求时返回它的克隆，在需要的时候更新数据库，以此来减少数据库调用。

原型模式的实现

Java提供了对象的clone（）方法，实现原型模式只需要实现Cloneable接口，重写clone（）方法

原型模式包括：

抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口。
具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
客户端：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。

代码展示：

具体原型类：

 package com.lyc.prototype.demo1;import lombok.*;import java.util.Date;/** 1.实现一个接口 Cloneable* 2，重写一个方法 clone()* *///视频的模型@Getter@Setter@ToString@AllArgsConstructor@NoArgsConstructorpublic class Video implements Cloneable{//抄袭者，抄别人的视频private String name;private Date createTime;@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone();}}

客户端：

 package com.lyc.prototype.demo1;import java.util.Date;//客户端public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {//原型对象 video//浅克隆 video和video2的createTime是同一个对象，date修改，video2也会变Date date = new Date();Video video = new Video("设计模式之原型模式",date);Video video2 = (Video) video.clone();System.out.println("video:"+video);System.out.println("video2:"+video2);date.setTime(7756796);System.out.println("video:"+video);System.out.println("video2:"+video2);//        video:Video(name=设计模式之原型模式, createTime=Fri Apr 25 16:55:46 CST 2025)//        hashCode:284720968//        video2:Video(name=设计模式之原型模式, createTime=Fri Apr 25 16:55:46 CST 2025)//        hashCode:2093176254}/**   System.out.println("video:"+video);System.out.println("hashCode:"+video.hashCode());//video 克隆 video2 克隆出来的对象和原来是一模一样的System.out.println("video2:"+video2);System.out.println("hashCode:"+video2.hashCode());* */}

拓展知识

native：

Java关键字，是用来说明该方法是原生函数，即这个方法使用C/C++语言实现的，并且被编译成了DLL，由Java调用。

native的意思就是通知操作系统，这个函数必须实现，所以native关键字的函数都是操作系统实现的，Java只能调用。

java是跨平台的语言，既然是跨了平台，所付出的代价就是牺牲一些对底层的控制，而java要实现对底层的控制，就需要一些其他语言的帮助，这个就是native的作用了

Java不是完美的，Java的不足除了体现在运行速度上要比传统的C++慢许多之外，Java无法直接访问到操作系统底层（如系统硬件等)，为此Java使用native方法来扩展Java程序的功能。
　　可以将native方法比作Java程序同Ｃ程序的接口，其实现步骤：

在Java中声明native()方法，然后编译；
用javah产生一个.h文件；
写一个.cpp文件实现native导出方法，其中需要包含第二步产生的.h文件（注意其中又包含了JDK带的jni.h文件）；
将第三步的.cpp文件编译成动态链接库文件；
在Java中用System.loadLibrary()方法加载第四步产生的动态链接库文件，这个native()方法就可以在Java中被访问了。

原型模式优点：

性能优良：原型模式是使用native本地方法clone（）,直接从内存中二进制流的拷贝，要比new一个对象性能好很多，特别是在一个循环体类产生大量对象的时候更加明显。
逃避构造函数的约束：这是优缺点共存的一点，直接在内存中拷贝，构造函数是不会执行的

缺点：

配备克隆方法需要全面考虑类的功能，对已有类可能较难实现，特别是处理不支持串行化的间接对象或含有循环结构的引用时。
必须实现 Cloneable 接口

应用实例：

JavaScript对象的继承就是使用原型链来完成的。

Spring中Bean的创建分为单例模式，原型模式。

适用场景：

资源优化（直接调用本地方法，节省资源，效率较高）
类初始化需要消耗大量资源（如数据、硬件资源）
性能和安全要求高的场景（直接从底层调用方法，性能很高，clone方法直接拷贝对象，安全性高）
通过 new 创建对象需要复杂的数据准备或访问权限时
一个对象需要多个修改者
对象需提供给其他对象访问并可能被各个调用者修改时
通常与工厂方法模式一起使用，通过 clone 创建对象，然后由工厂方法提供给调用者

拓展：浅拷贝与深拷贝

浅拷贝：在clone之后，两个对象共用一个私有属性，该属性性改变则两个对象一块改变

原因：object类的clone方法只拷贝本对象，其对象内部的数组，引用对象等都不拷贝，还是指向原生对象的内部元素地址，这种拷贝就是浅拷贝。两个对象共用一个私有变量。这是一种非常不安全的方式。　

原始类型会被拷贝(int，double，long。。。)，String类型也会被拷贝；数组、引用类型不会被拷贝。

代码展示：

 public static void main(String[] args) throws Exception {//原型对象 video//浅克隆 video和video2的createTime是同一个对象，date修改，video2也会变Date date = new Date();Video video = new Video("设计模式之原型模式",date);Video video2 = (Video) video.clone();System.out.println("video:"+video);System.out.println("video2:"+video2);date.setTime(7756796);System.out.println("==============================================");System.out.println("video:"+video);System.out.println("video2:"+video2);

效果展示：

 video:Video(name=设计模式之原型模式, createTime=Fri Apr 25 17:50:08 CST 2025)video2:Video(name=设计模式之原型模式, createTime=Fri Apr 25 17:50:08 CST 2025)==============================================video:Video(name=设计模式之原型模式, createTime=Thu Jan 01 10:09:16 CST 1970)video2:Video(name=设计模式之原型模式, createTime=Thu Jan 01 10:09:16 CST 1970)

深拷贝：在clone之后，两个对象的属性也被克隆，不再共用

如何实现？

方式一：重写clone方法，将对象的属性也克隆一份
方式二：通过实现 Serializable 读取二进制流实现。

方式一实现方式：

 package com.lyc.prototype.demo2;import lombok.*;import java.util.Date;/** 1.实现一个接口 Cloneable* 2，重写一个方法 clone()* *///视频的模型@Getter@Setter@ToString@AllArgsConstructor@NoArgsConstructorpublic class Video implements Cloneable{//抄袭者，抄别人的视频private String name;private Date createTime;@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {//实现深克隆的方式一，方式二： 序列化，反序列化Object clone = super.clone();Video v = (Video)clone;//将该对象的属性也克隆v.createTime = (Date) createTime.clone();return clone;}}

 public class Client {public static void main(String[] args) throws Exception {//原型对象 video//浅克隆 video和video2的createTime是同一个对象，date修改，video2也会变Date date = new Date();Video video = new Video("设计模式之原型模式",date);Video video2 = (Video) video.clone();System.out.println("video:"+video);System.out.println("video2:"+video2);date.setTime(7756796);System.out.println("==============================================");System.out.println("video:"+video);System.out.println("video2:"+video2);

效果展示：

 video:Video(name=设计模式之原型模式, createTime=Fri Apr 25 17:54:20 CST 2025)video2:Video(name=设计模式之原型模式, createTime=Fri Apr 25 17:54:20 CST 2025)==============================================video:Video(name=设计模式之原型模式, createTime=Thu Jan 01 10:09:16 CST 1970)video2:Video(name=设计模式之原型模式, createTime=Fri Apr 25 17:54:20 CST 2025)

注意事项：