原文作者：C語言中文網

原文地址：原型模式（原型設計模式）詳解

目錄

原型模式的定義與特點

原型模式的結構與實現

原型模式的應用實例

原型模式的應用場景

原型模式的擴展

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在有些系統中，存在大量相同或相似對象的創建問題，如果用傳統的構造函數來創建對象，會比較復雜且耗時耗資源，用原型模式生成對象就很高效，就像孫悟空拔下猴毛輕輕一吹就變出很多孫悟空一樣簡單。

原型模式的定義與特點

原型（Prototype）模式的定義如下：用一個已經創建的實例作為原型，通過復制該原型對象來創建一個和原型相同或相似的新對象。在這里，原型實例指定了要創建的對象的種類。用這種方式創建對象非常高效，根本無須知道對象創建的細節。例如，Windows 操作系統的安裝通常較耗時，如果復制就快了很多。在生活中復制的例子非常多，這里不一一列舉了。

優點缺點

Java?自帶的原型模式基于內存二進制流的復制，在性能上比直接 new 一個對象更加優良。	需要為每一個類都配置一個 clone 方法
可以使用深克隆方式保存對象的狀態，使用原型模式將對象復制一份，并將其狀態保存起來，簡化了創建對象的過程，以便在需要的時候使用（例如恢復到歷史某一狀態），	clone 方法位于類的內部，當對已有類進行改造的時候，需要修改代碼，違背了開閉原則。
?	當實現深克隆時，需要編寫較為復雜的代碼，而且當對象之間存在多重嵌套引用時，為了實現深克隆，每一層對象對應的類都必須支持深克隆，實現起來會比較麻煩。因此，深克隆、淺克隆需要運用得當。

原型模式的結構與實現

由于 Java 提供了對象的 clone() 方法，所以用 Java 實現原型模式很簡單。

1. 模式的結構

原型模式包含以下主要角色：

• 抽象原型類：規定了具體原型對象必須實現的接口。
• 具體原型類：實現抽象原型類的 clone() 方法，它是可被復制的對象。
• 訪問類：使用具體原型類中的 clone() 方法來復制新的對象。

其結構圖如圖 1 所示：
?

圖1 原型模式的結構圖

2. 模式的實現

原型模式的克隆分為淺克隆和深克隆。

• 淺克隆：創建一個新對象，新對象的屬性和原來對象完全相同，對于非基本類型屬性，仍指向原有屬性所指向的對象的內存地址。
• 深克隆：創建一個新對象，屬性中引用的其他對象也會被克隆，不再指向原有對象地址。

Java 中的 Object 類提供了淺克隆的 clone() 方法，具體原型類只要實現 Cloneable 接口就可實現對象的淺克隆，這里的 Cloneable 接口就是抽象原型類。其代碼如下：

//具體原型類 class Realizetype implements Cloneable {Realizetype() {System.out.println("具體原型創建成功！");}public Object clone() throws CloneNotSupportedException {System.out.println("具體原型復制成功！");return (Realizetype) super.clone();} }//原型模式的測試類 public class PrototypeTest {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {Realizetype obj1 = new Realizetype();Realizetype obj2 = (Realizetype) obj1.clone();System.out.println("obj1==obj2?" + (obj1 == obj2));} }

程序的運行結果如下：

具體原型創建成功！

具體原型復制成功！

obj1==obj2?false

原型模式的應用實例

【例1】用原型模式生成“三好學生”獎狀。分析：同一學校的“三好學生”獎狀除了獲獎人姓名不同，其他都相同，屬于相似對象的復制，同樣可以用原型模式創建，然后再做簡單修改就可以了。圖 4 所示是三好學生獎狀生成器的結構圖。

圖4 獎狀生成器的結構圖

程序代碼如下：

public class ProtoTypeCitation {public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {citation obj1 = new citation("張三", "同學：在2016學年第一學期中表現優秀，被評為三好學生。", "韶關學院");obj1.display();citation obj2 = (citation) obj1.clone();obj2.setName("李四");obj2.display();} }//獎狀類 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("獎狀創建成功！");}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("獎狀拷貝成功！");return (citation) super.clone();} }

程序運行結果如下：

獎狀創建成功！

張三同學：在2016學年第一學期中表現優秀，被評為三好學生。韶關學院

獎狀拷貝成功！

李四同學：在2016學年第一學期中表現優秀，被評為三好學生。韶關學院

原型模式的應用場景

原型模式通常適用于以下場景。

• 對象之間相同或相似，即只是個別的幾個屬性不同的時候。
• 創建對象成本較大，例如初始化時間長，占用CPU太多，或者占用網絡資源太多等，需要優化資源。
• 創建一個對象需要繁瑣的數據準備或訪問權限等，需要提高性能或者提高安全性。
• 系統中大量使用該類對象，且各個調用者都需要給它的屬性重新賦值。

在?Spring?中，原型模式應用的非常廣泛，例如 scope='prototype'、JSON.parseObject() 等都是原型模式的具體應用。

原型模式的擴展

原型模式可擴展為帶原型管理器的原型模式，它在原型模式的基礎上增加了一個原型管理器 PrototypeManager 類。該類用 HashMap 保存多個復制的原型，Client 類可以通過管理器的 get(String id) 方法從中獲取復制的原型。其結構圖如圖 5 所示。

圖5 帶原型管理器的原型模式的結構圖

【例2】用帶原型管理器的原型模式來生成包含“圓”和“正方形”等圖形的原型，并計算其面積。分析：本實例中由于存在不同的圖形類，例如，“圓”和“正方形”，它們計算面積的方法不一樣，所以需要用一個原型管理器來管理它們，圖 6 所示是其結構圖。

圖6 圖形生成器的結構圖

程序代碼如下：

import java.util.*;interface Shape extends Cloneable {public Object clone(); //拷貝public void countArea(); //計算面積 }class Circle implements Shape {public Object clone() {Circle w = null;try {w = (Circle) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {System.out.println("拷貝圓失敗!");}return w;}public void countArea() {int r = 0;System.out.print("這是一個圓，請輸入圓的半徑：");Scanner input = new Scanner(System.in);r = input.nextInt();System.out.println("該圓的面積=" + 3.1415 * r * r + "\n");} }class Square implements Shape {public Object clone() {Square b = null;try {b = (Square) super.clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {System.out.println("拷貝正方形失敗!");}return b;}public void countArea() {int a = 0;System.out.print("這是一個正方形，請輸入它的邊長：");Scanner input = new Scanner(System.in);a = input.nextInt();System.out.println("該正方形的面積=" + a * a + "\n");} }class ProtoTypeManager {private HashMap<String, Shape> ht = new HashMap<String, Shape>();public ProtoTypeManager() {ht.put("Circle", new Circle());ht.put("Square", new Square());}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) {ProtoTypeManager pm = new ProtoTypeManager();Shape obj1 = (Circle) pm.getShape("Circle");obj1.countArea();Shape obj2 = (Shape) pm.getShape("Square");obj2.countArea();} }

運行結果如下所示：

這是一個圓，請輸入圓的半徑：3

該圓的面積=28.2735

這是一個正方形，請輸入它的邊長：3

該正方形的面積=9

總結

以上是生活随笔為你收集整理的创建型模式—原型模式的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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