聊一聊：设计模式——原型模式原型模式是一种创建型设计模式，通过复制现有对象来生成新对象，而非通过类实例化。其核心在于实现

你好，我是风一样的树懒，一个工作十多年的后端专家，曾就职京东、阿里等多家互联网头部企业。公众号“吴计可师”，已经更新了近百篇高质量的面试相关文章，喜欢的朋友欢迎关注点赞

原型模式详解

一、定义与核心思想 原型模式（Prototype Pattern）是一种创建型设计模式，通过复制现有对象来生成新对象，而非通过类实例化。其核心在于实现一个原型接口，声明克隆方法，使得对象能够自我复制，从而避免重复初始化带来的开销。

二、结构组成

原型接口（Prototype）：声明克隆方法，通常为clone()。
具体原型类（Concrete Prototype）：实现克隆方法，复制自身。
客户端（Client）：通过复制原型对象创建新实例。

三、实现方式

浅拷贝：复制对象及基本类型字段，引用字段共享原对象地址。

public class ShallowPrototype implements Cloneable {
    private List<String> items = new ArrayList<>();
    
    public void addItem(String item) {
        items.add(item);
    }
    
    @Override
    public ShallowPrototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (ShallowPrototype) super.clone(); // 浅拷贝，items引用共享
    }
}

深拷贝：递归复制所有引用对象，确保数据独立性。

public class DeepPrototype implements Cloneable {
    private List<String> items = new ArrayList<>();
    
    @Override
    public DeepPrototype clone() throws CloneNotSupportedException {
        DeepPrototype copy = (DeepPrototype) super.clone();
        copy.items = new ArrayList<>(this.items); // 手动复制列表元素
        return copy;
    }
}

四、应用场景

资源消耗大对象：如数据库连接配置，避免重复初始化。
动态状态保存：游戏存档、文档历史版本。
复杂对象生成：GUI控件、多层级配置对象。

五、优缺点分析

优点：
- 性能优化，绕过构造器直接复制二进制流。
- 动态添加产品类，客户端仅依赖接口。
- 简化对象创建逻辑，尤其适用于复杂对象。
缺点：
- 深拷贝实现复杂，尤其循环引用需特殊处理。
- 需为每个类实现克隆方法，增加维护成本。

六、经典案例 场景：游戏角色装备系统

需求：玩家创建新角色时，复用基础属性模板，但独立装备库。

实现：

// 原型接口
interface CharacterPrototype extends Cloneable {
    CharacterPrototype clone() throws CloneNotSupportedException;
}

// 具体原型类
class GameCharacter implements CharacterPrototype {
    private String name;
    private List<String> equipment = new ArrayList<>();

    public GameCharacter(String name) {
        this.name = name;
        loadDefaultEquipment(); // 耗时操作：从文件加载默认装备
    }

    private void loadDefaultEquipment() {
        equipment.add("青铜剑");
        equipment.add("布甲");
    }

    @Override
    public GameCharacter clone() throws CloneNotSupportedException {
        GameCharacter copy = (GameCharacter) super.clone();
        copy.equipment = new ArrayList<>(this.equipment); // 深拷贝装备列表
        return copy;
    }

    public void addEquipment(String item) {
        equipment.add(item);
    }
}

// 客户端使用
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        GameCharacter prototype = new GameCharacter("战士模板");
        GameCharacter player1 = prototype.clone();
        player1.addEquipment("火焰戒指");
        
        GameCharacter player2 = prototype.clone();
        System.out.println(player2.getEquipment()); // 输出：[青铜剑, 布甲]
    }
}

七、进阶应用：原型管理器 管理多个原型，便于按需获取。

public class PrototypeManager {
    private Map<String, CharacterPrototype> prototypes = new HashMap<>();
    
    public void register(String key, CharacterPrototype proto) {
        prototypes.put(key, proto);
    }
    
    public CharacterPrototype create(String key) throws CloneNotSupportedException {
        return prototypes.get(key).clone();
    }
}

// 注册不同职业原型
PrototypeManager manager = new PrototypeManager();
manager.register("warrior", new GameCharacter("战士"));
manager.register("mage", new GameCharacter("法师"));

// 快速生成角色
GameCharacter newWarrior = (GameCharacter) manager.create("warrior");

八、注意事项

深拷贝实现：使用序列化/反序列化（如Java的ObjectOutputStream）或手动逐层复制。
Cloneable接口：Java中需实现Cloneable标记接口，否则clone()抛出异常。
性能权衡：深拷贝可能带来额外开销，需根据场景选择浅拷贝或深拷贝。

九、与其他模式对比

工厂模式：关注类实例化过程；原型模式关注对象复制。
单例模式：限制实例数量；原型模式旨在快速生成副本。

总结原型模式通过对象自我复制，高效解决复杂对象创建问题，尤其适用于初始化成本高或需动态配置的场景。合理选择深/浅拷贝，结合原型管理器，可显著提升系统灵活性与性能。

今天文章就分享到这儿，喜欢的朋友可以关注我的公众号，回复“进群”，可进免费技术交流群。博主不定时回复大家的问题。公众号：吴计可师