23种设计模式之【原型模式】-核心原理与 Java实践

原型模式（Prototype Pattern）

原型模式是 23 种设计模式中的一种创建型模式，其核心思想是通过复制（克隆）现有对象来创建新对象，而不是通过 new 关键字新建。这种模式适用于创建成本较高（如初始化步骤复杂、耗时）或需要频繁创建相似对象的场景，通过复制原型对象可以提高创建效率。

核心原理

原型接口（Prototype）：
声明克隆方法（通常为clone()），定义复制自身的接口
在 Java 中通常通过实现Cloneable接口来标识可克隆的类
具体原型（Concrete Prototype）：
实现原型接口的克隆方法，完成自身的复制
包含需要被复制的属性和方法
客户端（Client）：
通过调用原型对象的克隆方法来创建新对象
无需知道具体的创建细节，只需操作原型接口

原型模式的核心是 “对象克隆”，通过复制已有对象来生成新对象，避免了重复的初始化过程，提高了对象创建效率。

Java 实践示例

以 “文档模板克隆” 为例实现原型模式：
文档包含标题、内容和格式设置，创建过程复杂
通过克隆现有文档模板快速生成新文档

package com.example.demo;public class PrototypePattern {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {// 创建原型文档（模板）Document prototype = new Document();prototype.setTitle("周报模板");prototype.setContent("本周工作内容：\n1. \n2. \n3.");prototype.setFormat(new Format("Arial", 12, "black"));System.out.println("=== 原型文档 ===");prototype.show();// 克隆原型创建新文档1Document doc1 = prototype.clone();doc1.setTitle("张三的周报");doc1.setContent("本周工作内容：\n1. 完成需求分析\n2. 设计数据库\n3. 编写接口文档");// 克隆原型创建新文档2Document doc2 = prototype.clone();doc2.setTitle("李四的周报");doc2.setContent("本周工作内容：\n1. 开发用户模块\n2. 修复3个BUG\n3. 编写单元测试");System.out.println("\n=== 克隆的文档1 ===");doc1.show();System.out.println("\n=== 克隆的文档2 ===");doc2.show();// 验证克隆对象与原型的关系System.out.println("\n原型与克隆对象是否为同一实例：" + (prototype == doc1));System.out.println("克隆对象的格式是否与原型相同：" + (prototype.getFormat() == doc1.getFormat()));//=== 原型文档 ===//标题：周报模板//内容：本周工作内容：//1.//2.//3.//格式：字体=Arial, 字号=12, 颜色=black////=== 克隆的文档1 ===//标题：张三的周报//内容：本周工作内容：//1. 完成需求分析//2. 设计数据库//3. 编写接口文档//格式：字体=Arial, 字号=12, 颜色=black////=== 克隆的文档2 ===//标题：李四的周报//内容：本周工作内容：//1. 开发用户模块//2. 修复3个BUG//3. 编写单元测试//格式：字体=Arial, 字号=12, 颜色=black////原型与克隆对象是否为同一实例：false//克隆对象的格式是否与原型相同：true}// 文档格式类public static class Format {private String font;    // 字体private int fontSize;   // 字号private String color;   // 颜色public Format(String font, int fontSize, String color) {this.font = font;this.fontSize = fontSize;this.color = color;}@Overridepublic String toString() {return "格式：字体=" + font + ", 字号=" + fontSize + ", 颜色=" + color;}}// 文档类（实现原型接口）public static class Document implements Cloneable {private String title;   // 标题private String content; // 内容private Format format;  // 格式// 克隆方法@Overridepublic Document clone() throws CloneNotSupportedException {// 调用Object类的clone()方法实现浅克隆return (Document) super.clone();}// 显示文档信息public void show() {System.out.println("标题：" + title);System.out.println("内容：" + content);System.out.println(format);}// getter和setter方法public String getTitle() { return title; }public void setTitle(String title) { this.title = title; }public String getContent() { return content; }public void setContent(String content) { this.content = content; }public Format getFormat() { return format; }public void setFormat(Format format) { this.format = format; }}
}

克隆方式详解

• 浅克隆（Shallow Clone）：
  特点：只复制对象本身和基本数据类型字段，引用类型字段只复制引用，不复制引用指向的对象
  Java 实现：通过Object.clone()方法实现，默认是浅克隆
  适用场景：对象中不含引用类型，或引用类型是不可变对象（如 String）
• 深克隆（Deep Clone）：
  特点：不仅复制对象本身，还递归复制所有引用类型字段指向的对象
  Java 实现：
  方式一：重写clone()方法，手动克隆所有引用类型字段
  方式二：通过序列化（Serializable）实现

深克隆实现示例（方式一）：

@Override
public Document clone() throws CloneNotSupportedException {// 先浅克隆得到基本类型字段Document clone = (Document) super.clone();// 手动克隆引用类型字段clone.format = new Format(this.format.font, this.format.fontSize, this.format.color);return clone;
}

原型模式的应用场景

• 对象创建成本高：
  初始化步骤复杂（如需要读取配置文件、数据库连接）
  例如：报表对象、复杂的业务对象
• 需要频繁创建相似对象：
  对象大部分属性相同，只有少数属性不同
  例如：文档模板、邮件模板、订单模板
• 避免构造函数的限制：
  当无法通过构造函数创建对象（如私有构造函数）
  例如：克隆单例对象的特殊场景
• 框架中的应用：
  Java 中的Object.clone()方法是原型模式的基础
  Spring 中的BeanUtils.copyProperties()实现对象复制
  原型模式与工厂模式结合，通过克隆生成产品

原型模式的优势在于简化对象创建过程，提高创建效率，尤其适合创建复杂对象或大量相似对象的场景。使用时需根据需求选择浅克隆或深克隆，避免引用共享导致的意外问题。