如何手写一个原型模式？Java 代码怎么实现？

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手写原型模式可以定义一个 copy() 方法，让对象自己返回一个新副本。Java 里也可以用 Cloneable 和 clone()，但实际项目更推荐显式写拷贝构造器或 copy() 方法，因为可读性更好，也更容易控制深拷贝逻辑。

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一种清晰实现方式：

interface Prototype<T> {
    T copy();
}

class UserTemplate implements Prototype<UserTemplate> {
    private String role;
    private List<String> permissions;

    public UserTemplate copy() {
        UserTemplate copy = new UserTemplate();
        copy.role = this.role;
        copy.permissions = new ArrayList<>(this.permissions);
        return copy;
    }
}

也可以用 Java 自带 clone()：

class UserTemplate implements Cloneable {
    protected UserTemplate clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (UserTemplate) super.clone();
    }
}

但 super.clone() 默认是浅拷贝，可变引用需要手动深拷贝。工程里更建议把复制意图写清楚，避免隐藏 bug。

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一、先定义自己的复制接口

比起直接使用 Cloneable，可以先写一个业务语义更清楚的接口：

interface Copyable<T> {
    T copy();
}

然后让具体类实现：

class ReportTemplate implements Copyable<ReportTemplate> {
    private String type;
    private List<String> columns;

    public ReportTemplate copy() {
        ReportTemplate copy = new ReportTemplate();
        copy.type = this.type;
        copy.columns = new ArrayList<>(this.columns);
        return copy;
    }
}

这个写法直观、可控，也不用处理 CloneNotSupportedException。

二、为什么要由对象自己复制自己

复制逻辑放在类内部更合适，因为类最了解自己的字段含义。

例如：

private Long id;
private String name;
private List<String> permissions;
private LocalDateTime createdAt;

复制时：

id 可能要重新生成；
name 可以复制；
permissions 可能要复制新列表；
createdAt 可能要设置当前时间。

外部工具很难准确理解这些业务语义。

三、使用 `Cloneable` 的写法

Java 也支持这种写法：

class ReportTemplate implements Cloneable {
    private String type;
    private List<String> columns;

    @Override
    protected ReportTemplate clone() {
        try {
            ReportTemplate copy = (ReportTemplate) super.clone();
            copy.columns = new ArrayList<>(this.columns);
            return copy;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new AssertionError(e);
        }
    }
}

注意 super.clone() 只做字段级复制。如果 columns 不重新创建，新旧对象会共享同一个列表。

四、拷贝构造器写法

另一种常见写法是拷贝构造器：

class ReportTemplate {
    private String type;
    private List<String> columns;

    ReportTemplate(ReportTemplate source) {
        this.type = source.type;
        this.columns = new ArrayList<>(source.columns);
    }
}

使用时：

ReportTemplate copy = new ReportTemplate(template);

这种方式也很清晰，适合字段不太多但需要明确复制规则的对象。

五、复制方法里不要盲目复制所有字段

有些字段不应该复制：

数据库主键；
订单号；
创建时间；
运行时状态；
缓存句柄；
线程、连接、文件句柄。

原型模式不是机械复制全部字段，而是复制“新对象应该继承的初始化状态”。

六、常见误区与追问

Java 实现应把复制语义写进 API，而不是依赖调用者猜测。例子中若 Document 有1个标题、1个可变段落列表和1个模板 ID，copy() 应明确标题复制、段落新建列表、模板 ID 保留或重置。显式实现虽然多写代码，却能在编译期看到新增字段是否进入复制决策。

检查维度	判定依据
显式 copy	返回具体类型，字段策略可读
Object.clone	语法短，异常与浅拷贝语义隐晦

记忆钩子：复制方法是一份字段级契约，不只是创建新对象的技巧。

误区：copy 方法必须复制所有字段。 缓存、主键、锁和外部连接常需要重置或禁止复制。
追问：返回接口类型还是具体类型？ 可用协变返回具体类型提升易用性，同时让抽象接口声明复制能力。
误区：新建集合就完成了深拷贝。 若集合元素可变，仍需决定元素是否逐个复制。
追问：继承层次如何维护复制逻辑？ 每层处理自身字段并通过受控构造器组合，避免子类漏掉父类状态。
追问：复制后要验证哪些断言？ 顶层非同一对象、应独立字段互不影响、应共享字段保持同一引用。

七、加强记忆

Java 实现原型模式可以用 Cloneable，但更推荐显式 copy() 或拷贝构造器。关键不是调用哪个 API，而是把复制规则写清楚：哪些字段复制，哪些字段重建，哪些可变引用要创建新对象。

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