在有些系统中，存在大量相同或相似对象的创建问题，如果用传统的构造函数来创建对象，会比较复杂且耗时耗资源，用原型模式生成对象就很高效，就像孙悟空拔下猴毛轻轻一吹就变出很多孙悟空一样简单。
一、原型模式的定义与特点
1、定义
原型（Prototype）模式的定义：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。在这里，原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无须知道对象创建的细节。例如，Windows 操作系统的安装通常较耗时，如果复制就快了很多。在生活中复制的例子非常多，这里不一一列举了。
2、优缺点
原型模式的优点
- Java 自带的原型模式基于内存二进制流的复制，在性能上比直接 new 一个对象更加优良。
- 可以使用深克隆方式保存对象的状态，使用原型模式将对象复制一份，并将其状态保存起来，简化了创建对象的过程，以便在需要的时候使用（例如恢复到历史某一状态），可辅助实现撤销操作。
原型模式的缺点
- 需要为每一个类都配置一个 clone 方法
- clone 方法位于类的内部，当对已有类进行改造的时候，需要修改代码，违背了开闭原则。
- 当实现深克隆时，需要编写较为复杂的代码，而且当对象之间存在多重嵌套引用时，为了实现深克隆，每一层对象对应的类都必须支持深克隆，实现起来会比较麻烦。因此，深克隆、浅克隆需要运用得当。
二、原型模式的结构与实现
由于 Java 提供了对象的 clone() 方法，所以用 Java 实现原型模式很简单。1、模式的结构
原型模式包含以下主要角色
- 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。
- 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。
2、模式的实现
原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆。
- 浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。
- 深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址
代码说明
Java 中的 Object 类提供了浅克隆的 clone() 方法，具体原型类只要实现 Cloneable 接口就可实现对象的浅克隆，这里的 Cloneable 接口就是抽象原型类。
Realizetype具体原型类：
package prototype.model;/*** @author : [王振宇]* @version : [v1.0]* @className : Realizetype* @description : [使用浅拷贝，原型模式克隆对象]* @createTime : [2021/9/17 11:51]* @updateUser : [王振宇]* @updateTime : [2021/9/17 11:51]* @updateRemark : [描述说明本次修改内容]*/public class Realizetype implements Cloneable{public Realizetype(){System.out.println("具体原型对象创建成功！");}public Object clone () throws CloneNotSupportedException{System.out.println("具体原型复制成功！");return (Realizetype)super.clone();}}/*** java 中的 Object 类提供了浅克隆的 clone() 方法，具体原型类只要实现 Cloneable 接口就可实现对象的浅克隆，这里的 Cloneable 接口就是抽象原型类*/
测试：
package prototype.model;
/**
* @author : []
* @version : [v1.0]
* @className : PrototypeTest
* @description : [原型模式测试]
* @createTime : [2021/9/17 11:55]
* @updateUser : []
* @updateTime : [2021/9/17 11:55]
* @updateRemark : [描述说明本次修改内容]
*/
public class PrototypeTest {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Realizetype obj1 = new Realizetype();
Realizetype obj2 = (Realizetype) obj1.clone();
System.out.println("obj1 == obj2 ?" + (obj1 == obj2));
}
}
三、原型模式的应用实例
1、案例一
用原型模式模拟“孙悟空”复制自己。
分析：孙悟空拔下猴毛轻轻一吹就变出很多孙悟空，这实际上是用到了原型模式。这里的孙悟空类 SunWukong 是具体原型类，而 Java 中的 Cloneable 接口是抽象原型类。
案例代码
SunWukong具体原型类：
package prototype.example.example01;
import javax.swing.*;
/**
* @author : [王振宇]
* @version : [v1.0]
* @className : SunWukong
* @description : [案例一具体原型实现类]
* @createTime : [2021/9/17 12:00]
* @updateUser : [王振宇]
* @updateTime : [2021/9/17 12:00]
* @updateRemark : [描述说明本次修改内容]
*/
public class SunWukong extends JPanel implements Cloneable{
private static final long serialVersionUID = 5543049531872119328L;
public SunWukong(){
JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/main/resources/image/Wukong.jpg"));
this.add(l1);
}
public Object clone(){
SunWukong sunWukong = null;
try {
sunWukong = (SunWukong) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("拷贝孙悟空发送异常，失败了！！！");
}
return sunWukong;
}
}
/**
* 用原型模式模拟“孙悟空”复制自己。
* 分析：孙悟空拔下猴毛轻轻一吹就变出很多孙悟空，这实际上是用到了原型模式。
* 这里的孙悟空类 SunWukong 是具体原型类，而 Java 中的 Cloneable 接口是抽象原型类。
*/
测试类：
package prototype.example.example01;
import javax.swing.*;
import java.awt.*;
/**
* @author : [王振宇]
* @version : [v1.0]
* @className : ProtoTypeWukong
* @description : [案例一访问类]
* @createTime : [2021/9/17 12:06]
* @updateUser : [王振宇]
* @updateTime : [2021/9/17 12:06]
* @updateRemark : [描述说明本次修改内容]
*/
public class ProtoTypeWukong {
public static void main(String[] args) {
JFrame jf = new JFrame("原型模式测试");
jf.setLayout(new GridLayout(1, 2));
Container contentPane = jf.getContentPane();
//第一次new出来对象
SunWukong obj1 = new SunWukong();
//obj1添加到视图中
contentPane.add(obj1);
//使用SunWuKong的clone复制对象
SunWukong obj2 = (SunWukong) obj1.clone();
//obj2添加到视图中
contentPane.add(obj2);
jf.pack();
jf.setVisible(true);
jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
}
}
//结果显示两个一样的孙悟空 ，说明我们复制成功并且两个孙悟空不是同一个对象
//这个例子用原型模式除了可以生成相同的对象，还可以生成相似的对象（如example02例子）
2、案例二
用原型模式除了可以生成相同的对象，还可以生成相似的对象
要求：用原型模式生成“三好学生”奖状。
分析：同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同，其他都相同，属于相似对象的复制，同样可以用原型模式创建，然后再做简单修改就可以了。
案例代码：
Citation奖状具体原型类：
package prototype.example.example02;
/**
* @author : [王振宇]
* @version : [v1.0]
* @className : Citation
* @description : [奖状模板]
* @createTime : [2021/9/17 13:54]
* @updateUser : [王振宇]
* @updateTime : [2021/9/17 13:54]
* @updateRemark : [描述说明本次修改内容]
*/
public class Citation implements Cloneable {
private String name;
private String info;
private String college;
public Citation(String name,String info,String college) {
this.name = name;
this.info = info;
this.college = college;
System.out.println("奖状创建成功！！！");
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public void display(){
System.out.println(name+info+college);
}
//克隆
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
System.out.println("奖状拷贝成功！！！");
return (Citation) super.clone();
}
}
测试类：
package prototype.example.example02;
/**
* @author : [王振宇]
* @version : [v1.0]
* @className : ProtoTypeCitation
* @description : [描述说明该类的功能]
* @createTime : [2021/9/17 13:58]
* @updateUser : [王振宇]
* @updateTime : [2021/9/17 13:58]
* @updateRemark : [描述说明本次修改内容]
*/
public class ProtoTypeCitation {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Citation stu1 = new Citation("张三", "同学：在2021学年第一学期中，表现优秀，被评为三号学生", " java学院");
stu1.display();
//拷贝对象
Citation stu2 = (Citation) stu1.clone();
//name重新赋值
stu2.setName("李四");
stu2.display();
}
}
/**
* 在克隆对象中，如果个别属性不一样，可以在具体原型类中 set方式来进行部分属性的修改
*
*/
四、原型模式的应用场景
原型模式通常适用于以下场景。
- 对象之间相同或相似，即只是个别的几个属性不同的时候。
- 创建对象成本较大，例如初始化时间长，占用CPU太多，或者占用网络资源太多等，需要优化资源。
- 创建一个对象需要繁琐的数据准备或访问权限等，需要提高性能或者提高安全性。
- 系统中大量使用该类对象，且各个调用者都需要给它的属性重新赋值
五、原型模式的扩展
原型模式可扩展为带原型管理器的原型模式，它在原型模式的基础上增加了一个原型管理器 PrototypeManager 类。该类用 HashMap 保存多个复制的原型，Client 类可以通过管理器的 get(String id) 方法从中获取复制的原型。
案例说明
要求：带原型管理器的原型模式来生成包含“圆”和“正方形”等图形的原型，并计算其面积。
分析：本实例中由于存在不同的图形类，例如，“圆”和“正方形”，它们计算面积的方法不一样，所以需要用一个原型管理器来管理它们
如图：
代码说明
抽线原型类IShape：
package prototype.example.example03;
/**
* @author : [王振宇]
* @version : [v1.0]
* @className : IShape
* @description : [抽象出方法，具体原型类继承就ok]
* @createTime : [2021/9/17 14:11]
* @updateUser : [王振宇]
* @updateTime : [2021/9/17 14:11]
* @updateRemark : [描述说明本次修改内容]
*/
public interface IShape extends Cloneable{
//拷贝
public Object clone();
//计算面积
public void countArea();
}
具体原型类01-圆：
package prototype.example.example03;
import java.util.Scanner;
/**
* @author : [王振宇]
* @version : [v1.0]
* @className : Circle
* @description : [具体原型对象02，圆]
* @createTime : [2021/9/17 14:16]
* @updateUser : [王振宇]
* @updateTime : [2021/9/17 14:16]
* @updateRemark : [描述说明本次修改内容]
*/
public class Circle implements IShape {
@Override
public Object clone() {
Circle circle = null;
try {
circle = (Circle) super.clone();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("圆拷贝失败！！！");
}
return circle;
}
@Override
public void countArea() {
int r = 0;
System.out.print("这是一个圆，请输入圆的半径：");
Scanner input = new Scanner(System.in);
r = input.nextInt();
System.out.println("该圆的面积=" + 3.1415 * r * r + "\n");
}
}
具体原型类02-正方形：
package prototype.example.example03;
import java.util.Scanner;
/**
* @author : [王振宇]
* @version : [v1.0]
* @className : Square
* @description : [原型具体类01，正方形]
* @createTime : [2021/9/17 14:13]
* @updateUser : [王振宇]
* @updateTime : [2021/9/17 14:13]
* @updateRemark : [描述说明本次修改内容]
*/
public class Square implements IShape {
@Override
public Object clone() {
Square square = null;
try {
square = (Square) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("正方形拷贝失败！！！");
}
return square;
}
@Override
public void countArea() {
int a = 0;
System.out.print("这是一个正方形，请输入它的边长：");
Scanner input = new Scanner(System.in);
a = input.nextInt();
System.out.println("该正方形的面积=" + a * a + "\n");
}
}
原型管理器ProtoTypeManager：
package prototype.example.example03;
import java.util.HashMap;
/**
* @author : [王振宇]
* @version : [v1.0]
* @className : ProtoTypeManager
* @description : [原型管理器]
* @createTime : [2021/9/17 14:18]
* @updateUser : [王振宇]
* @updateTime : [2021/9/17 14:18]
* @updateRemark : [描述说明本次修改内容]
*/
public class ProtoTypeManager {
private HashMap<String,IShape> ht = new HashMap<String,IShape>();
//容器先new出对象存储map中
public ProtoTypeManager(){
ht.put("Circle", new Circle());
ht.put("Square", new Square());
}
public void addshape(String key, IShape obj) {
ht.put(key, obj);
}
public IShape getShape(String key) {
IShape temp = ht.get(key);
return (IShape) temp.clone();
}
}
测试：
package prototype.example.example03;
/**
* @author : [王振宇]
* @version : [v1.0]
* @className : ProtoTypeShape
* @description : [使用原型管理器创建对象测试类]
* @createTime : [2021/9/17 14:22]
* @updateUser : [王振宇]
* @updateTime : [2021/9/17 14:22]
* @updateRemark : [描述说明本次修改内容]
*/
public class ProtoTypeShape {
public static void main(String[] args) {
ProtoTypeManager pm = new ProtoTypeManager();
Circle circle = (Circle) pm.getShape("Circle");
circle.countArea();
Square square = (Square) pm.getShape("Square");
square.countArea();
}
}
/**
* 原型模式可扩展为带原型管理器的原型模式，它在原型模式的基础上增加了一个原型管理器 PrototypeManager 类。该类用 HashMap 保存多个复制的原型
*/
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