【Java教程】Day20-04 设计模式：创建型模式——原型模式

一、原型模式概述

原型模式（Prototype）是一种创建型设计模式，旨在通过复制现有对象来创建新对象。在某些情况下，我们需要创建一个与现有对象完全相同的新对象，原型模式提供了一种有效的方式来实现这一目标。

通过原型模式，程序可以在不需要知道具体类实现的情况下，通过现有对象的拷贝来生成新的对象。这种方式尤其适用于需要生成多个类似对象的场景，避免了每次都从头开始创建对象的麻烦。

二、原型模式的实现方式

2.1 通过数组复制实现原型模式

最简单的原型模式实现就是通过复制现有的对象或数组来创建新的对象。例如，如果我们已经有了一个字符串数组，想要创建一个与其相同的数组，我们只需将现有数组的元素复制到新数组即可。

例如，下面的代码实现了一个简单的数组复制：

java// 原型：String[] original = { "Apple", "Pear", "Banana" };// 新对象：String[] copy = Arrays.copyOf(original, original.length);

 

在这个示例中，我们通过Arrays.copyOf方法将原始数组original中的元素复制到一个新数组copy中，完成了原型模式的实现。

2.2 对象的原型拷贝——使用clone()

对于普通类，我们可以通过Java中的clone()方法来实现对象的复制。clone()方法定义在Object类中，因此任何类都可以通过实现Cloneable接口并重写clone()方法来提供对象拷贝功能。

以下是一个简单的类Student实现了Cloneable接口，并通过clone()方法来复制对象：

javapublic class Student implements Cloneable {    private int id;    private String name;    private int score;​    // 复制新对象并返回    @Override    public Object clone() {        Student std = new Student();        std.id = this.id;        std.name = this.name;        std.score = this.score;        return std;    }}

 

使用时，我们可以创建一个Student对象，并通过clone()方法复制它：

javaStudent std1 = new Student();std1.setId(123);std1.setName("Bob");std1.setScore(88);​// 复制新对象：Student std2 = (Student) std1.clone();​System.out.println(std1);System.out.println(std2);System.out.println(std1 == std2); // false

 

在上面的代码中，我们使用clone()方法将std1对象复制到std2。由于clone()方法返回的是Object类型，所以需要强制转换为Student类型。

2.3 改进：使用自定义copy()方法

虽然clone()方法可以实现对象的复制，但它的返回类型是Object，这导致使用时需要进行类型强制转换。为了简化代码，我们可以定义一个自定义的copy()方法，直接返回明确类型的新对象。

javapublic class Student {    private int id;    private String name;    private int score;​    public Student copy() {        Student std = new Student();        std.id = this.id;        std.name = this.name;        std.score = this.score;        return std;    }}

 

这种方式避免了使用clone()时需要强制类型转换的麻烦，使得代码更加简洁和类型安全。

2.4 原型模式的限制

尽管原型模式在许多场景下非常有效，但它并不适用于所有情况。特别是在对象内部持有一些无法复制的资源，如文件、Socket连接等，原型模式可能会遇到问题。这些资源无法被简单复制，因此只有那些包含简单数据类型或“值”对象的类，才更适合使用原型模式。

三、练习：扩展Student类，增加clone()方法

请给Student类增加一个clone()方法，实现对象的原型拷贝。实现后，使用clone()方法创建一个新Student对象，并打印输出结果。

java// 扩展Student类，增加clone()方法public class Student implements Cloneable {    private int id;    private String name;    private int score;​    // clone()方法实现    @Override    public Object clone() {        Student std = new Student();        std.id = this.id;        std.name = this.name;        std.score = this.score;        return std;    }}

 

四、小结

原型模式通过复制现有对象来创建新的实例，避免了重复的构建过程。在Java中，我们可以通过实现Cloneable接口并重写clone()方法，或者定义自定义的copy()方法来实现原型模式。尽管原型模式非常适用于简单数据对象的拷贝，但在处理复杂资源（如文件、Socket等）时需要谨慎使用。

总之，原型模式的应用场景适合于需要快速生成多个相同对象的场景，尤其是当对象构建过程复杂时，通过复制已有对象来创建新对象会更加高效。