【设计模式】 建造者模式和原型模式

建造者模式（Builder Pattern）

概述

建造者模式是一种创建型设计模式，它允许逐步构建复杂对象。通过将构造过程与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。这种模式非常适合用于创建那些具有很多属性的对象，尤其是当有些属性是可选的时候。

优点

• 可以控制一个产品的创建过程。
• 提供代码的复用性。
• 支持变化：可以在不修改已有代码的情况下，对构建过程进行扩展或修改。

实现示例

// 产品类
class Car {
    private String brand;
    private String model;
    private int year;

    // 私有构造函数
    private Car(Builder builder) {
        this.brand = builder.brand;
        this.model = builder.model;
        this.year = builder.year;
    }

    // 静态内部类作为建造者
    public static class Builder {
        private String brand;
        private String model;
        private int year;

        public Builder setBrand(String brand) {
            this.brand = brand;
            return this;
        }

        public Builder setModel(String model) {
            this.model = model;
            return this;
        }

        public Builder setYear(int year) {
            this.year = year;
            return this;
        }

        public Car build() {
            return new Car(this);
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Car{" +
                "brand='" + brand + '\'' +
                ", model='" + model + '\'' +
                ", year=" + year +
                '}';
    }
}

// 客户端代码
public class BuilderPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car.Builder()
                .setBrand("BMW")
                .setModel("X5")
                .setYear(2022)
                .build();
        System.out.println(car);
    }
}

原型模式（Prototype Pattern）

概述

原型模式是一种创建型设计模式，它允许通过复制现有对象来创建新对象，而不是通过实例化。这在需要创建对象的开销较大时非常有用，因为它可以通过简单的复制来避免高昂的初始化成本。

优点

• 性能提高：克隆对象比使用new关键字创建对象效率更高，尤其是在创建大量相似对象时。
• 绕过构造函数：直接复制对象而不需要调用构造函数。

实现示例

Java中的原型模式通常使用Cloneable接口和Object.clone()方法实现。

// 原型接口
interface Prototype extends Cloneable {
    Prototype clone() throws CloneNotSupportedException;
}

// 具体原型类
class Car implements Prototype {
    private String brand;
    private String model;

    public Car(String brand, String model) {
        this.brand = brand;
        this.model = model;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Car{" +
                "brand='" + brand + '\'' +
                ", model='" + model + '\'' +
                '}';
    }
}

// 客户端代码
public class PrototypePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Car originalCar = new Car("BMW", "X5");
            Car clonedCar = (Car) originalCar.clone();

            System.out.println("Original: " + originalCar);
            System.out.println("Cloned: " + clonedCar);
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在Java项目中的应用

• 建造者模式常被用于构建复杂的对象，例如Lombok包中的@Builder，是实体类支持建造者模式；在Google的Guava库中，ImmutableList.builder()也是一个很好的例子，它允许用户以灵活的方式构建不可变列表。

• 原型模式在Java的标准库中有广泛的应用，比如java.lang.Object#clone()方法就是原型模式的一个具体实现；以及常用的Hutool工具包中的BeanUtil中的copyProperties常用来实现对象拷贝