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设计模式_创建型模式 - 原型模式

原型模式（Prototype Pattern）是一种创建型设计模式，通过使用一个已经创建的实例作为原型，来创建一个与原型对象相同的新对象。这种模式在软件开发中非常有用，特别是在对象的创建过程复杂或资源消耗高时。

概述

原型模式的核心思想是：用一个原型对象作为模板，通过复制该原型对象来创建新的对象。这种方式可以减少新对象创建时的资源消耗，同时保持新对象与原型对象之间的一致性。

结构

原型模式的主要角色包括：

类图如下：

接口类图如下：

实现

在 Java 中，Object 类中的 clone() 方法默认实现了浅克隆（Shallow Copy）。Cloneable 接口是抽象原型类，具体原型类需要实现这个接口。

浅克隆（Shallow Copy）

• 浅克隆会创建一个新对象，新对象的属性与原对象完全相同。
• 对于非基本类型属性，新对象仍然引用原对象所指向的内存地址。

深克隆（Deep Copy）

• 深克隆会创建一个新对象，新对象的属性中引用的其他对象也会被克隆。
• 新对象的引用的对象地址与原对象不同。

要实现深克隆，需使用序列化（Serializable）接口，并通过对象流（ObjectInputStream 和 ObjectOutputStream）进行操作。

示例代码

// 实现Cloneable接口的具体原型类
public class Realizetype implements Cloneable {
    public Realizetype() {
        System.out.println("具体的原型对象创建完成！");
    }
    @Override
    protected Realizetype clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("具体原型复制成功！");
        return (Realizetype) super.clone();
    }
}
// 测试访问类
public class PrototypeTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Realizetype r1 = new Realizetype();
        Realizetype r2 = r1.clone();
        System.out.println("r1和r2是否是同一个对象？" + (r1 == r2)); // 输出: false
    }
}

案例

用原型模式生成“三好学生”奖状

假设我们需要生成多个具有相同属性的“三好学生”奖状，只需复制一个奖状并修改其中的姓名即可。

奖状类（实现Cloneable接口）

public class Citation implements Cloneable {
    private String name;
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void show() {
        System.out.println(name + "同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");
    }
    @Override
    public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Citation) super.clone();
    }
}

测试类

public class CitationTest {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Citation c1 = new Citation();
        c1.setName("张三");
        Citation c2 = c1.clone();
        c2.setName("李四");
        c1.show();
        c2.show();
    }
}

输出结果：

张三同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！
李四同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！

使用场景

总结

• 克隆操作会在堆中创建新的对象，原对象与克隆对象的内存地址不同。
• 对于引用类型的属性，浅克隆只复制了引用地址，而不会创建新对象。
• 深克隆需要实现序列化，才能确保引用对象也被复制。

扩展（深克隆）

要实现深克隆，需使用序列化接口，并通过对象流进行操作。

示例代码（深克隆）

// 实现序列化接口的具体原型类
public class Citation implements Serializable {
    private Student stu;
    public Student getStu() {
        return stu;
    }
    public void setStu(Student stu) {
        this.stu = stu;
    }
    void show() {
        System.out.println(stu.getName() + "同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");
    }
    @Override
    public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Citation) super.clone();
    }
}
// 实现序列化接口的学生类
public class Student implements Serializable {
    private String name;
    private String address;
    public Student(String name, String address) {
        this.name = name;
        this.address = address;
    }
    public Student() {
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getAddress() {
        return address;
    }
    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }
}

测试类（深克隆）

public class CitationTest1 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Citation c1 = new Citation();
        Student stu = new Student("张三", "西安");
        c1.setStu(stu);
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
        oos.writeObject(c1);
        oos.close();
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
        Citation c2 = (Citation) ois.readObject();
        ois.close();
        Student stu1 = c2.getStu();
        stu1.setName("李四");
        System.out.println("stu和stu1是否是同一个对象？" + (stu == stu1)); // 输出: false
        c1.show();
        c2.show();
    }
}

运行结果：

stu和stu1不是同一个对象。
张三同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！
李四同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！

说明：stu 和 stu1 是同一个对象的引用，但 stu1 的 name 属性已修改为“李四”。

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