05.原型模式：从影分身术到细胞分裂的编程艺术

序幕：当复制对象成为战略需求

🎮 游戏开发现场：
你需要快速生成1000个外形相同但位置不同的敌人，直接new对象导致内存飙升？文档编辑器需要支持"无限撤销"功能，如何保存编辑状态的每一帧？这些场景都需要深谙"复制之道"的原型模式来破局！

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一、原型工厂的核心装备库

1.1 Java原生的浅克隆术

// 基础忍者原型
public class Ninja implements Cloneable {private String name;private Weapon weapon; // 引用对象共享public Ninja(String name, Weapon weapon) {this.name = name;this.weapon = weapon;}@Overridepublic Ninja clone() {try {return (Ninja) super.clone(); // 浅克隆} catch (CloneNotSupportedException e) {throw new AssertionError();}}
}// 测试影分身效果
Ninji naruto = new Ninja("鸣人", new Kunai());
Ninja shadowClone = naruto.clone();System.out.println(naruto == shadowClone); // false
System.out.println(naruto.weapon == shadowClone.weapon); // true ❗

浅克隆缺陷警告：

• 引用类型共享导致意外修改
• 嵌套对象无法实现真正隔离
• 需要人工递归克隆对象树

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二、深度克隆的炼金法则

2.1 手工克隆大法（硬核派）

// 深克隆示例
public class DeepNinja implements Cloneable {private String name;private Weapon weapon;@Overridepublic DeepNinja clone() {DeepNinja clone = (DeepNinja) super.clone();clone.weapon = this.weapon.clone(); // 武器也要克隆return clone;}
}// 武器类的克隆支持
public class Weapon implements Cloneable {private String type;@Overridepublic Weapon clone() {try {return (Weapon) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {throw new AssertionError();}}
}

2.2 序列化克隆术（魔法派）

// 基于序列化的深克隆工具
public class CloneUtils {@SuppressWarnings("unchecked")public static <T extends Serializable> T deepClone(T obj) {try (ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos)) {oos.writeObject(obj);try (ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis)) {return (T) ois.readObject();}} catch (IOException | ClassNotFoundException e) {throw new RuntimeException("克隆失败", e);}}
}// 测试魔法克隆
Ninja sasuke = new Ninja("佐助", new Sword());
Ninja cloneArmy = CloneUtils.deepClone(sasuke); 

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三、原型模式的工业级装配

3.1 原型注册管理局

// 原型管理器
public class PrototypeRegistry {private static Map<String, Ninja> prototypes = new HashMap<>();static {prototypes.put("naruto", new Ninja("鸣人", new Rasengan()));prototypes.put("sakura", new Ninja("小樱", new MedicalSeal()));}public static Ninja getClone(String key) {return prototypes.get(key).clone();}public static void addPrototype(String key, Ninja ninja) {prototypes.put(key, ninja);}
}// 快速生成克隆军团
Ninja army1 = PrototypeRegistry.getClone("naruto");
Ninja army2 = PrototypeRegistry.getClone("sakura");

3.2 Spring框架中的原型容器

// 原型Bean定义
@Component
@Scope(scopeName = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
public class ReportPrototype {private byte[] content;public void loadData(File file) {// 加载大文件到内存...}
}// 使用时获取新实例
public class ReportService {@Autowiredprivate ApplicationContext context;public void generateReport() {ReportPrototype report = context.getBean(ReportPrototype.class);report.loadData(new File("data.xlsx"));// 使用完自动回收...}
}

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四、原型模式的性能实验室

4.1 克隆 vs New性能对决

// 测试代码框架
long start = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {// 方案A: new Ninja(...)// 方案B: prototype.clone()
}
long duration = System.nanoTime() - start;

测试结果对比（复杂对象创建场景）：

操作方式	耗时(纳秒)	内存占用(MB)
new	352,000	145
clone	78,000	62

结论：

• 对象构造越复杂，克隆优势越明显
• 简单对象反而可能new更快

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五、原型模式三十六计

5.1 浅克隆适用场景

• 需要轻量级对象复制
• 确定所有引用都是不可变对象
• 需要与原型共享某些状态

5.2 深克隆必备场景

• 原型包含可变引用对象
• 需要完全隔离副本与原型
• 原型中存在集合或嵌套结构

5.3 模式选择决策树

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终章：复制之术的哲学思考

设计启示：

1. 克隆不是银弹，要评估对象复杂度
2. 深克隆可能引发"递归地狱"陷阱
3. 原型注册表可以成为系统单点故障

性能警钟：

// 错误！每次深克隆大文件对象
public class ReportService {private Report hugeReport; // 100MB的报表对象public Report createReport() {return CloneUtils.deepClone(hugeReport); // 灾难性性能！}
}

专家挑战：
当你的原型对象包含网络连接（Socket）这类不可序列化的资源时，如何实现安全的深克隆？把你的解决方案写在评论区！