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Java设计模式精讲---04原型模式

news 2025/11/9 6:47:52

你是否遇到过这样的场景：需要创建大量结构相似、仅少数属性不同的对象（比如 100 个游戏角色，基础属性相同，仅昵称和装备有差异）？如果每次都通过new关键字从头初始化，不仅代码冗余，还会因为重复执行构造函数中的复杂逻辑（比如数据库查询、网络请求）浪费性能。

这时候，原型模式（Prototype Pattern） 就能派上用场 —— 它的核心思想是：通过复制现有对象（原型）来创建新对象，而非重新初始化，就像现实中 “复制粘贴” 文档再修改细节，既高效又省力。

一、核心概念：克隆，而非新建

原型模式的本质是 “对象克隆”，它通过让对象自身提供复制方法，将对象的创建过程从 “主动新建” 转为 “被动复制”。关键角色只有两个：

原型接口（Prototype）：定义克隆方法（比如 Java 中的Cloneable接口，虽然是标记接口，但约定了clone()方法）；
具体原型（Concrete Prototype）：实现克隆方法，完成自身复制。

二、实现方式：浅克隆 vs 深克隆

克隆的核心是 “复制对象的属性”，但根据属性类型（基本类型 / 引用类型），克隆分为两种：

1. 浅克隆：只复制 “表面”

浅克隆会复制对象的基本类型属性（int、String 等），但对于引用类型属性（比如对象、集合），仅复制引用地址 —— 新对象和原对象的引用属性会指向同一个内存地址，修改其中一个会影响另一个。

Java 实现示例（基于Cloneable接口）：


// 具体原型：游戏角色
class GameRole implements Cloneable {private String name; // 基本类型private int level;   // 基本类型private Equipment equipment; // 引用类型（装备）// 构造函数（模拟复杂初始化逻辑）public GameRole(String name, int level, Equipment equipment) {this.name = name;this.level = level;this.equipment = equipment;System.out.println("执行复杂初始化（比如加载角色模型）...");}// 实现克隆方法（浅克隆）@Overrideprotected GameRole clone() throws CloneNotSupportedException {return (GameRole) super.clone(); // Object.clone()默认是浅克隆}// getter/setter省略
}// 引用类型：装备
class Equipment {private String weapon;public Equipment(String weapon) { this.weapon = weapon; }// getter/setter省略
}// 测试浅克隆
public class PrototypeDemo {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {// 创建原型对象（执行一次复杂初始化）Equipment equip = new Equipment("木剑");GameRole prototype = new GameRole("原型角色", 1, equip);// 克隆出3个新角色（无需重复初始化）GameRole role1 = prototype.clone();role1.setName("玩家1");GameRole role2 = prototype.clone();role2.setName("玩家2");GameRole role3 = prototype.clone();role3.setName("玩家3");// 问题：修改原型的装备，会影响所有克隆对象（因为引用同一份）prototype.getEquipment().setWeapon("铁剑");System.out.println(role1.getEquipment().getWeapon()); // 输出"铁剑"（被影响）}
}

2. 深克隆：复制 “全部细节”

深克隆会递归复制所有属性，包括引用类型 —— 新对象和原对象的引用属性完全独立，修改互不影响。常见实现方式有两种：

手动对引用类型属性递归克隆；
通过序列化（将对象转成字节流再恢复）实现（更通用）。

序列化实现深克隆示例：


import java.io.*;// 注意：需要实现Serializable接口
class GameRole implements Cloneable, Serializable {private String name;private int level;private Equipment equipment; // 引用类型也需实现Serializable// 深克隆：通过序列化public GameRole deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {// 1. 序列化：将对象写入字节流ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);oos.writeObject(this);// 2. 反序列化：从字节流恢复对象（新对象）ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);return (GameRole) ois.readObject();}// 其他代码省略
}// 装备类也需实现Serializable
class Equipment implements Serializable {private String weapon;// 代码省略
}// 测试深克隆
public class DeepCloneDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {Equipment equip = new Equipment("木剑");GameRole prototype = new GameRole("原型角色", 1, equip);GameRole role1 = prototype.deepClone();role1.setName("玩家1");// 修改原型的装备，克隆对象不受影响prototype.getEquipment().setWeapon("铁剑");System.out.println(role1.getEquipment().getWeapon()); // 输出"木剑"（独立）}
}

三、适合用原型模式的 3 类场景

对象创建成本高：如果对象构造需要大量资源（比如数据库查询、文件 IO），克隆比new更高效（比如报表系统中，批量生成结构相同、数据略有差异的报表）；
需要动态生成对象：比如插件系统，无法提前知道要创建的对象类型，可通过克隆已加载的插件实例扩展功能；
避免构造函数副作用：如果构造函数中有非初始化逻辑（比如注册监听器），重复调用可能导致意外（克隆可跳过构造函数）。