原型模式的定義

原型模式（Prototype Pattern）是一種創建型設計模式，通過復制已有對象來創建新對象，而非通過常規的手段的new關鍵字來實例化。適用于對象創建成本較高或需要動態配置的場景。
例如，在一個游戲開發中，可能需要創建大量具有相似屬性的游戲角色。如果每個角色都通過構造函數來創建，并且初始化過程涉及到加載大量資源（如紋理、模型等），那么創建這些角色將消耗大量的時間和資源。使用原型模式，我們可以先創建一個原型角色對象，然后通過克隆這個原型來快速生成多個相似的角色對象，大大提高了創建效率。?
在 Java 中，原型模式的實現主要依賴于Cloneable接口和Object類中的clone()方法。當一個類實現了Cloneable接口，就表明該類的對象可以被克隆。Object類中的clone()方法是一個本地方法，它負責創建并返回當前對象的一個副本。但需要注意的是，默認的clone()方法執行的是淺克隆（Shallow Copy），這在某些情況下可能無法滿足我們的需求。

原型模式的核心角色

1. Prototype（抽象原型）：聲明克隆方法的接口，通常包含一個clone()方法，用于創建并返回對象的副本（通常為Cloneable接口）。
2. ConcretePrototype（具體原型）：實現克隆方法的具體類。 實現了抽象原型類中聲明的克隆方法，在克隆方法中返回自己的一個克隆對象。
3. 客戶類（Client）：使用原型對象來創建新對象的類。客戶類通過調用原型對象的clone()方法來獲取新的對象實例，而無需關心對象的具體創建過程。

實現方式

Java中通過Cloneable接口和Object.clone()實現原型模式。
下面通過一個簡單的 Java 代碼示例來展示原型模式的結構：?

// 抽象原型類
interface Prototype {Prototype clone();
}// 具體原型類
class ConcretePrototype implements Prototype {private String data;public ConcretePrototype(String data) {this.data = data;}public String getData() {return data;}@Overridepublic Prototype clone() {// 這里簡單返回一個新的實例，實際應用中可能需要更復雜的克隆邏輯return new ConcretePrototype(data);}
}// 客戶類
public class Client {public static void main(String[] args) {ConcretePrototype prototype = new ConcretePrototype("初始數據");Prototype clonedPrototype = prototype.clone();System.out.println("原對象數據: " + prototype.getData());System.out.println("克隆對象數據: " + clonedPrototype.getData());}
}

需注意淺拷貝與深拷貝的區別。

淺拷貝示例

僅復制對象本身，不復制引用字段指向的對象。

class ShallowPrototype implements Cloneable {private String name;private List<String> list;public ShallowPrototype(String name, List<String> list) {this.name = name;this.list = list;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {return super.clone(); // 淺拷貝}
}

深拷貝示例

復制對象及其引用字段指向的所有對象。

class DeepPrototype implements Cloneable {private String name;private List<String> list;public DeepPrototype(String name, List<String> list) {this.name = name;this.list = list;}@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {DeepPrototype copy = (DeepPrototype) super.clone();copy.list = new ArrayList<>(this.list); // 深拷貝引用字段return copy;}
}

原型模式的優缺點

優點

• 避免重復初始化對象，提升性能。
• 動態配置新對象，無需依賴子類構造。

缺點

• 深拷貝實現復雜，需遞歸處理引用對象。
• 破壞封裝性，需謹慎處理clone()方法。

應用場景

1. 對象創建耗時（如數據庫查詢結果緩存）。
2. 需要動態配置對象屬性（如游戲中人物的克隆）。
3. 結合工廠模式使用，統一對象創建邏輯。

注意事項

• 確保clone()方法正確處理可變引用字段。
• 若類包含非Cloneable的引用對象，需自定義深拷貝邏輯。
• 考慮使用序列化/反序列化實現深拷貝（如Apache Commons的SerializationUtils）。

通過合理使用原型模式，可以顯著優化對象創建效率，尤其適合復雜對象的復制場景。