原型模式

介绍

基本介绍

原型模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式之一。

这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。例如，一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象，在下一个请求时返回它的克隆，在需要的时候更新数据库，以此来减少数据库调用。

注意

与通过对一个类进行实例化来构造新对象不同的是，原型模式是通过拷贝一个现有对象生成新对象的。浅拷贝实现 Cloneable，重写，深拷贝是通过实现 Serializable 读取二进制流。

作用

用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

使用场景

1、资源优化场景。 2、类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等。 3、性能和安全要求的场景。 4、通过 new 产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式。 5、一个对象多个修改者的场景。 6、一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用。 7、在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone 的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。原型模式已经与 Java 融为浑然一体，大家可以随手拿来使用。

案例

package top.lldwb.prototypePattern;

import lombok.Data;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

// 抽象原型类
@Data
abstract class Shape implements Cloneable {
    // 业务
    protected String name;

    abstract void draw();

    // 拷贝
    public Shape clone() {
        Object clone = null;
        try {
            clone = super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return (Shape) clone;
    }
}

// 具体原型类
class ConcreteShape extends Shape {
    @Override
    void draw() {
        System.out.println("具体原型类的业务");
    }
}

// 原型管理器类
class PrototypeManager {
    private static Map<String, Shape> shapes = new HashMap<>();

    // 添加原型对象到管理器
    public static void addShape(String key, Shape shape) {
        shapes.put(key, shape);
    }

    // 获取原型对象
    public static Shape getShape(String key) {
        Shape prototype = shapes.get(key);
        if (prototype != null) {
            return prototype.clone();
        }
        return null;
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建原型对象并添加到管理器
        Shape shapeA = new ConcreteShape();
        System.out.println("原型A的内存地址：" + System.identityHashCode(shapeA));
        PrototypeManager.addShape("shapeA", shapeA);

        // 通过原型管理器获取原型对象并进行复制
        Shape clonedShapeA = PrototypeManager.getShape("shapeA");
        if (clonedShapeA != null) {
            System.out.println("原型A复制的内存地址：" + System.identityHashCode(clonedShapeA));
            System.out.println("shapeA.equals(clonedShapeA)：" + shapeA.equals(clonedShapeA));
        } else {
            System.out.println("原型A复制未找到");
        }
    }
}

注释：

1. Shape 是抽象原型类，声明了抽象方法 draw() 用于绘制图形。该类包含一个属性 name 表示图形的名称。

2. ConcreteShape 是具体原型类，继承自抽象原型类 Shape，实现了抽象方法 draw()，用于具体的业务逻辑。

3. PrototypeManager 是原型管理器类，用于管理原型对象。它使用一个 Map 来存储原型对象，提供添加和获取原型对象的方法。

4. 客户端代码中首先创建一个具体原型对象 shapeA，并将其添加到原型管理器中。然后通过原型管理器 PrototypeManager 获取原型对象，并调用其 clone() 方法进行复制。最后输出原型对象和复制对象的内存地址以及它们之间的相等性判断。

优缺点

优点

1、性能提高。 2、逃避构造函数的约束。

缺点

1、配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。 2、必须实现 Cloneable 接口。