原型模式

原型模式的结构与实现

由于 Java 提供了对象的 clone() 方法，所以用 Java 实现原型模式很简单。

1. 模式的结构

原型模式包含以下主要角色。

1. 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口。
2. 具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
3. 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。

2. 模式的实现

原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆。

• 浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。
• 深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。

3. 模式测试

Java 中的 Object 类提供了浅克隆的 clone() 方法，具体原型类只要实现 Cloneable 接口就可实现对象的浅克隆，这里的 Cloneable 接口就是抽象原型类。其代码如下：

/**
 * @description: 原型模式的测试类
 * @program: twenty-threeDesignPatterns
 * @author: Mikael
 * @date: 2021-07-22 16:32
 **/
//原型模式的测试类
public class PrototypeTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Realizetype obj1 = new Realizetype();
        obj1.setName("immortal");
        Realizetype obj2 = (Realizetype) obj1.clone();
        System.out.println("obj2.name = " + obj2.getName());  //name = immortal
        System.out.println("obj1==obj2 ?" + (obj1 == obj2));  //false
    }
}
//可被复制的
class Realizetype implements Cloneable, Serializable {

    String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    Realizetype() {
        System.out.println("具体原型创建成功！");
    }

    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("具体原型复制成功！");
        return (Realizetype) super.clone();
    }
}

用原型模式生成“三好学生”奖状。

分析：同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同，其他都相同，属于相似对象的复制，同样可以用原型模式创建，然后再做简单修改就可以了。

/**
 * @description: 奖状
 * @program: twenty-threeDesignPatterns
 * @author: Mikael
 * @date: 2021-07-22 17:02
 **/

public class ProtoTypeCitation {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        citation obj1 = new citation("张三", "同学：在2016学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。", "韶关学院");
        obj1.display();

        citation obj2 = (citation) obj1.clone();
        obj2.setName("李四");
        obj2.display();

        citation obj3 = (citation) obj2.clone();
        obj3.setName("王五");
        obj3.display();
    }
}

//奖状类
class citation implements Cloneable {
    String name;
    String info;
    String college;

    citation(String name, String info, String college) {
        this.name = name;
        this.info = info;
        this.college = college;
        System.out.println("奖状创建成功！");
    }

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

    String getName() {
        return (this.name);
    }

    void display() {
        System.out.println(name + info + college);
    }

    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("奖状拷贝成功！");
        return (citation) super.clone();
    }
}

代码运行结果

奖状创建成功！
张三同学：在2016学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。韶关学院
奖状拷贝成功！
李四同学：在2016学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。韶关学院
奖状拷贝成功！
王五同学：在2016学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。韶关学院

原型模式的应用场景

原型模式通常适用于以下场景。

• 对象之间相同或相似，即只是个别的几个属性不同的时候。
• 创建对象成本较大，例如初始化时间长，占用CPU太多，或者占用网络资源太多等，需要优化资源。
• 创建一个对象需要繁琐的数据准备或访问权限等，需要提高性能或者提高安全性。
• 系统中大量使用该类对象，且各个调用者都需要给它的属性重新赋值。

在 Spring 中，原型模式应用的非常广泛，例如 scope='prototype'、JSON.parseObject() 等都是原型模式的具体应用。

原型模式的扩展

原型模式可扩展为带原型管理器的原型模式，它在原型模式的基础上增加了一个原型管理器 PrototypeManager 类。该类用 HashMap 保存多个复制的原型，Client 类可以通过管理器的 get(String id) 方法从中获取复制的原型

例子

用带原型管理器的原型模式来生成包含“圆”和“正方形”等图形的原型，并计算其面积。分析：本实例中由于存在不同的图形类，例如，“圆”和“正方形”，它们计算面积的方法不一样，所以需要用一个原型管理器来管理它们

eption e) {
            System.out.println("拷贝圆失败!");
        }
        return w;
    }

    public void countArea() {
        int r = 0;
        System.out.print("这是一个圆，请输入圆的半径：");
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        r = input.nextInt();
        System.out.println("该圆的面积=" + 3.1415 * r * r + "\n");
    }
}

class Square implements Shape {

    @Override
    public Object clone() {
        Square b = null;
        try {
            b = (Square) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println("拷贝正方形失败!");
        }
        return b;
    }

    public void countArea() {
        int a = 0;
        System.out.print("这是一个正方形，请输入它的边长：");
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        a = input.nextInt();
        System.out.println("该正方形的面积=" + a * a + "\n");
    }
}

class Weird implements Shape {
    @Override
    public Object clone() {
        Weird b = null;
        try {
            b = (Weird) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            System.out.println("拷贝奇怪形状失败!");
        }
        return b;
    }

    @Override
    public void countArea() {
        System.out.println("奇怪形状无法计算大小！");
    }
}

class ProtoTypeManager {
    private HashMap<String, Shape> ht = new HashMap<String, Shape>();

    public ProtoTypeManager(List<Class<? extends Shape>> classes) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        Iterator<Class<? extends Shape>> iterator = classes.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            Class<? extends Shape> next = iterator.next();
            Constructor<? extends Shape> constructor = next.getDeclaredConstructor();
            constructor.setAccessible(true);
            Shape shape = constructor.newInstance();
            ht.put(shape.getClass().getSimpleName(), shape);
        }

    }
    public void addshape(String key, Shape obj) {
        ht.put(key, obj);
    }

    public Shape getShape(String key) {
        Shape temp = ht.get(key);
        return (Shape) temp.clone();
    }
}

public class ProtoTypeShape {
    public static void main(String[] args) throws InvocationTargetException, NoSuchMethodException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        List<Class<? extends Shape>> classes = Arrays.asList(Square.class, Circle.class,Weird.class);
        ProtoTypeManager pm = new ProtoTypeManager(classes);
        Shape obj1 = (Circle) pm.getShape("Circle");
        obj1.countArea();
        Shape obj2 = (Shape) pm.getShape("Square");
        obj2.countArea();
        Shape obj3 = (Shape) pm.getShape("Weird");
        obj3.countArea();

    }
}

代码运行结果

这是一个圆，请输入圆的半径：1
该圆的面积=3.1415

这是一个正方形，请输入它的边长：1
该正方形的面积=1

奇怪形状无法计算大小！