原型 (Prototype)

简介

原型 (Prototype) 是一种创建型设计模式，它允许你复制现有对象，而不使你的代码依赖于它们的具体类。通过“克隆”得到新实例，避免重复执行昂贵的初始化或从外部资源加载的逻辑。

场景

• 需要创建与已有对象状态相同或相近的对象，且不希望依赖该对象所属类的构造方式。
• 对象创建成本高（如复杂计算、IO、网络），复制已有实例比重新构建更合适。
• 希望客户端与具体产品类解耦，只依赖“可克隆”的抽象接口。

实现要点

• 定义原型接口（如 Cloneable 或自定义 Prototype），声明克隆方法（如 clone()）。
• 具体原型类实现该接口，在克隆方法中复制自身（浅拷贝或深拷贝，按需选择）。
• 客户端通过已有实例调用 clone() 得到新对象，无需知道具体类名或构造参数。

结构概览

classDiagram
    class Prototype {
        <<interface>>
        +clone()* Prototype
    }
    class ConcretePrototypeA {
        -field String
        +clone() Prototype
    }
    class ConcretePrototypeB {
        -state int
        +clone() Prototype
    }
    class Client {
        +operation(Prototype p) void
    }
    Prototype <|.. ConcretePrototypeA
    Prototype <|.. ConcretePrototypeB
    Client ..> Prototype : uses

Java 示例

方式一：实现 Cloneable 与重写 clone()（浅拷贝）：

public class Document implements Cloneable {
    private String title;
    private String content;

    public Document(String title, String content) {
        this.title = title;
        this.content = content;
    }

    @Override
    public Document clone() {
        try {
            return (Document) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new AssertionError(e);
        }
    }

    public void setTitle(String title) { this.title = title; }
    public void setContent(String content) { this.content = content; }
}

方式二：自定义原型接口 + 深拷贝：

public interface Prototype<T> {
    T clone();
}

public class Config implements Prototype<Config> {
    private String env;
    private List<String> hosts;  // 引用类型，深拷贝需单独复制

    public Config(String env, List<String> hosts) {
        this.env = env;
        this.hosts = new ArrayList<>(hosts);
    }

    @Override
    public Config clone() {
        return new Config(this.env, new ArrayList<>(this.hosts));
    }
}

客户端使用：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Document original = new Document("报告", "内容...");
        Document copy = original.clone();
        copy.setTitle("报告-副本");
        // original 与 copy 相互独立
    }
}

浅拷贝与深拷贝

• 浅拷贝：只复制对象本身及其值类型字段；引用类型字段仍指向原对象内部引用，修改会影响原对象。
• 深拷贝：递归复制引用类型字段指向的对象，新对象与原对象在引用结构上独立。复杂对象需根据业务决定深拷贝深度。

总结

原型模式以“复制”替代“new + 初始化”，降低对具体类的依赖、复用已有对象状态，适合创建成本高或需要基于现有实例快速生成新实例的场景。