原型模式是什么？

原型模式（Prototype Pattern）是一种创建型的设计模式。根据 GoF 对原型模式的定义：

Specify the kinds of objects to create using a prototypical instance, and create new objects by copying this prototype.

它的意思是使用原型的实例指定要创建对象的种类，并通过拷贝此原型创建新的对象。原型模式就是对象的拷贝，关于 Java 语言的对象拷贝，可参考 https://www.yuque.com/huey/java/shallow-copy-and-deep-copy。
原型模式为所有支持克隆的对象声明了一个通用的接口，该接口让我们能够克隆对象，但把复制过程委派给被克隆的实际对象。

UML 类图

用 UML 类图来描述原型模式的结构，在模式中各个角色之间的关系：

根据上图，总结了模式中各个角色的职责以及它们之间的关系：
原型是声明了克隆方法的接口，并且在大多数情况下，它也只声明这个方法。
具体原型会实现克隆方法。
客户端可以复制实现了原型接口的任何对象。

案例

让我们通过一个案例来帮助我们进一步理解原型模式。首先是原型接口的声明，它很简单，只有一个 clone 方法。

public interface Prototype<T> {
    public T clone();
}

模型以图书为例，一本书有书名、作者等属性，其中作者以 Person 类表示，它包含了姓和名两个属性。它们都基于私有的拷贝构造方法实现了克隆方法。

public class Book implements Prototype<Book> {
    private String name;
    private Person author;
    // getters and setters
    public Book(String name, Person author) {
        this.name = name;
        this.author = author;
    }
    private Book(Book book) {
        this(book.getName(), book.getEdition(), book.getAuthor() != null ? book.getAuthor().clone() : null);
    }
    @Override
    public Book clone() {
        return new Book(this);
    }
}
public class Person implements Prototype<Person> {
    private String firstName;
    private String lastName;
    // getters and setters
    public Person(String firstName, String lastName) {
        this.firstName = firstName;
        this.lastName = lastName;
    }
    private Person(Person person) {
        this(person.getFirstName(), person.getLastName());
    }
    @Override
    public Person clone() {
        return new Person(this);
    }
    @Override
    public String toString() {
        return firstName + " " + lastName;
    }
}

即使还有继承关系，仍然可以通过拷贝构造方法来实现克隆方法。

public class EBook extends Book {
    private String format;
    // getter and setter
    public EBook(String name, Person author, String format) {
        super(name, author);
        this.format = format;
    }
    private EBook(EBook eBook) {
        this(eBook.getName(), eBook.getAuthor() != null ? eBook.getAuthor().clone() : null, eBook.getFormat());
    }
    @Override
    public EBook clone() {
        return new EBook(this);
    }
}

案例源码

可在 GitHub 上查看上述案例的完整代码。

参考资料

以下是本文参考的资料：