设计模式之原型模式 理解整理

基本概念

原型模式是软件设计模式中的一种，它允许你通过复制一个现有的对象来创建新的对象。这样就可以避免重新创建对象，从而减少了创建对象的时间和资源消耗。

在 Java 中，可以使用 clone() 方法来实现原型模式。但是，要使用 clone() 方法，你的类必须实现 java.lang.Cloneable 接口，这是一个空接口，用于指示对象是可以被复制的。

原型模式中，有一个称为“原型”的对象，它被用来创建其他对象。新创建的对象通常是原型对象的一个副本。

要使用原型模式，需要定义一个接口或抽象类，该接口或抽象类提供了一个复制自身的方法。然后，你可以创建一个具体的类来实现这个接口或抽象类，并实现复制自身的方法。这个具体的类就是原型对象。

举个例子，假设你想要创建一个圆形的原型对象。你可以定义一个接口，名为Shape，提供一个复制自身的方法，如下所示：

public interface Shape {
    public Shape copy();
}

然后，你可以创建一个具体的类，名为Circle，实现这个接口，并实现复制自身的方法，如下所示：

public class Circle implements Shape {
    private int x;
    private int y;
    private int radius;

    public Circle(int x, int y, int radius) {
        this.x = x;
        this.y = y;
        this.radius = radius;
    }

在上面的例子中，我们定义了一个Circle类来实现Shape接口，并实现了复制自身的方法。现在，我们可以使用这个类来创建新的圆形对象。

要使用原型模式创建新对象，你需要以下步骤：

• 创建一个原型对象。
• 调用原型对象的复制自身的方法，创建一个新对象。

例如，可以使用下面的代码来创建一个新的圆形对象：

Circle prototype = new Circle(0, 0, 10);
Circle copy = prototype.copy();

在这个例子中，我们创建了一个原型对象，然后调用它的copy()方法创建了一个新的圆形对象。这个新的圆形对象是原型对象的一个副本。

原型模式的优点在于它可以帮助你避免创建复杂的对象，或者在创建对象时进行复杂的计算。它也可以帮助你创建一系列相似的对象，而无需写很多重复的代码。

完整示例

下面是一个简单的例子，展示了如何使用原型模式在 Java 中复制一个对象：

public class Prototype implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private ArrayList<String> hobbies;

    public Prototype(String name, int age, ArrayList<String> hobbies) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.hobbies = hobbies;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public ArrayList<String> getHobbies() {
        return hobbies;
    }

    public void setHobbies(ArrayList<String> hobbies) {
        this.hobbies = hobbies;
    }

    // 重写clone方法
    @Override
    public Prototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Prototype) super.clone();
    }
}

// 使用原型模式复制对象
Prototype prototype = new Prototype("John", 30, new ArrayList<>(Arrays.asList("Reading", "Running")));
Prototype copy = prototype.clone();

在这个例子中，我们定义了一个名为 Prototype 的类，它包含了三个属性：name、age 和 hobbies。这三个属性分别是一个字符串、一个整数和一个字符串列表。

我们还定义了一个带有三个参数的构造函数，用于初始化这三个属性。

接下来是几个用于访问和设置这三个属性的方法：getName()、setName()、getAge()、setAge()、getHobbies() 和 setHobbies()。

最后，我们实现了 java.lang.Cloneable 接口并重写了 clone() 方法。这个方法将返回一个副本（即克隆）的 Prototype 对象。

在最后的代码中，我们使用原型模式创建了一个名为 prototype 的对象，然后使用 clone() 方法复制了这个对象，并将复制的对象存储在变量 copy 中。

原型模式的一些缺陷

• 复制对象可能很复杂：如果原型对象包含很多属性和内部对象，那么复制它们可能会很困难。这可能需要大量的代码来实现，并且可能会导致性能问题。

• 原型对象可能拥有大量状态：如果原型对象包含大量数据，那么复制它们可能会很困难。这可能需要大量的内存空间来存储这些数据，并且可能会导致性能问题。

• 原型模式不支持继承：原型模式是通过复制来创建新对象的，因此它不能通过继承来实现。这意味着如果你想要创建一个新对象，它必须与原型对象完全相同，并且没有任何可以扩展或修改的地方。

常见问题整理

解释一下原型设计模式及其好处吗？

答：原型设计模式是一种创建型设计模式，允许对象创建自身的副本。当你想要基于现有对象创建新对象，但属性或行为略有修改时，这会很有用。使用原型设计模式的好处包括减少对子类的需求，允许在运行时创建新对象，以及通过避免从头开始创建新对象来提高性能。

原型设计模式与工厂设计模式有何不同？

答：原型设计模式专注于创建现有对象的副本，而工厂设计模式专注于创建新对象。原型模式涉及创建原型对象，然后通过复制原型创建新对象，而工厂模式涉及通过工厂方法或工厂类创建新对象。

能否举例说明何时可以使用原型设计模式？

回答：你可能会使用原型设计模式的一个例子是，当你有一个具有许多依赖项的复杂对象，并且你想要创建该对象的一个​​新实例并稍微修改属性或行为时。你可以使用原型模式创建现有对象的副本并根据需要修改它，而不是从头开始创建一个新对象，这可能是耗时和资源密集型的。

你如何在 Java 中实现原型设计模式？

答：要在 Java 中实现原型设计模式，可以使用 Cloneable 接口和 clone() 方法。首先，你需要在你希望能够克隆的类中实现 Cloneable 接口。然后，你需要覆盖 clone() 方法并将其公开。在clone()方法中，可以使用super.clone()方法创建对象的浅拷贝，然后手动复制任何需要深拷贝的字段。

你能解释一下原型设计模式中深拷贝和浅拷贝的区别吗？

答案：深拷贝创建一个对象的完全独立的副本，包括它的所有字段和它引用的任何对象。另一方面，浅拷贝只创建对象本身的副本，而不是它引用的对象。在原型设计模式的上下文中，如果你想创建一个对象的完全独立的副本，将使用深拷贝，而如果你只想创建对象本身的副本而不是任何对象，将使用浅拷贝它引用的对象。

使用原型设计模式时如何处理具有多个依赖关系的对象图？

回答：当使用具有多个依赖关系的对象图的原型设计模式时，小心处理这些依赖关系以确保对象的副本是完整和正确的是很重要的。一种方法是递归地克隆对象及其引用的任何对象，创建整个对象图的深层副本。或者，你可以使用不同的方法，例如使用原型注册表来管理新对象的创建，或者实现专门针对对象图的需要定制的自定义 clone() 方法。