原型 Prototype
通过复制已有对象来创建新对象，而不是通过 new。
意图
原型模式通过克隆已有对象来创建新对象。当你需要创建一个与已有对象相同的副本时，直接克隆比手动创建再逐个设置属性要高效得多。特别适用于创建成本较高的对象——比如需要数据库查询、网络请求或复杂计算的初始化过程。
Java 中通过实现 Cloneable 接口并重写 clone() 方法来实现浅克隆，也可以通过序列化实现深克隆。
适用场景
- 创建新对象成本较大（需要大量计算、IO 操作等）时
- 需要创建大量相似对象时
- 系统需要独立于对象创建方式时
- 需要保护原有对象不被修改的场景（创建副本）
UML 类图
代码示例
❌ 没有使用该模式的问题
// 每次创建都要重新查询数据库，性能极差
public class EmailTemplate {
private String subject;
private String body;
private List<String> attachments;
public EmailTemplate(String templateId) {
// 每次都从数据库查询模板
Database.query("SELECT * FROM email_template WHERE id = " + templateId);
this.subject = "欢迎加入";
this.body = "尊敬的用户，欢迎加入我们的平台...";
this.attachments = new ArrayList<>(Arrays.asList("guide.pdf", "faq.pdf"));
System.out.println("从数据库加载模板，耗时操作...");
}
public void sendTo(String recipient) {
System.out.println("发送邮件给: " + recipient);
}
}
// 发 100 封邮件就要查 100 次数据库
for (String recipient : recipients) {
EmailTemplate email = new EmailTemplate("welcome");
email.sendTo(recipient);
}✅ 使用该模式后的改进
// 实现深克隆的原型
public class EmailTemplate implements Cloneable {
private String subject;
private String body;
private List<String> attachments;
public EmailTemplate(String templateId) {
System.out.println("从数据库加载模板，耗时操作...");
this.subject = "欢迎加入";
this.body = "尊敬的用户，欢迎加入我们的平台...";
this.attachments = new ArrayList<>(Arrays.asList("guide.pdf", "faq.pdf"));
}
// 浅克隆（注意：attachments 只是复制了引用）
@Override
public EmailTemplate clone() {
try {
EmailTemplate cloned = (EmailTemplate) super.clone();
// 深克隆：手动复制引用类型字段
cloned.attachments = new ArrayList<>(this.attachments);
return cloned;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new RuntimeException("克隆失败", e);
}
}
public void personalize(String recipient) {
this.body = "尊敬的 " + recipient + "，欢迎加入我们的平台...";
}
public void sendTo(String recipient) {
System.out.println("发送邮件给: " + recipient + ", 主题: " + this.subject);
}
}
// 使用：只查一次数据库，后续全部克隆
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 只加载一次
EmailTemplate template = new EmailTemplate("welcome");
List<String> recipients = Arrays.asList("张三", "李四", "王五");
for (String recipient : recipients) {
EmailTemplate email = template.clone();
email.personalize(recipient);
email.sendTo(recipient);
}
}
}Spring 中的应用
Spring Bean 的原型作用域（Prototype Scope）就是原型模式的应用：
// 每次注入都创建新实例
@Component
@Scope("prototype")
public class ShoppingCart {
private List<String> items = new ArrayList<>();
public void addItem(String item) {
items.add(item);
}
public List<String> getItems() {
return items;
}
}
// 每次注入的 ShoppingCart 都是新的
@RestController
public class OrderController {
@Autowired
private ShoppingCart cart1; // 实例1
@Autowired
private ShoppingCart cart2; // 实例2（不同于cart1）
@GetMapping("/order")
public String createOrder() {
cart1.addItem("商品A");
cart2.addItem("商品B");
// cart1 和 cart2 互不影响
return "订单创建成功";
}
}优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 避免重复的初始化操作，提升性能 | 深克隆实现复杂，需要处理嵌套引用 |
| 可以在运行时动态获取对象副本 | 需要为每个类实现克隆逻辑 |
| 可以保存对象的状态快照 | 克隆包含循环引用的对象时容易出问题 |
| 创建新对象时无需知道具体类 | 与单例模式结合使用时需注意一致性 |
面试追问
Q1: 浅克隆和深克隆的区别？
A: 浅克隆只复制基本类型和引用的地址，对象内部的引用类型仍然指向同一个对象。深克隆会递归复制所有引用类型的对象，完全独立的副本。Java 的 Object.clone() 是浅克隆，实现深克隆可以通过手动复制、序列化/反序列化（推荐 Serializable）、或者使用 Apache Commons Lang 的 SerializationUtils.clone()。
Q2: 为什么不推荐使用 Java 的 Cloneable 接口？
A: Cloneable 接口是一个标记接口，没有 clone() 方法声明，违反了接口设计原则。Object.clone() 是 protected 的，需要反射调用或子类重写。浅拷贝容易出错，容易忘记复制引用类型字段。更推荐的方式是：拷贝构造方法（Copy Constructor）或使用序列化实现深拷贝。
Q3: Spring 中 Bean 的 prototype 作用域和 singleton 作用域的区别？
A: Singleton 是默认作用域，整个 IoC 容器中只有一个实例，所有注入点共享同一个 Bean。Prototype 是每次请求/注入都创建一个新的实例。注意：singleton Bean 中注入 prototype Bean 时，prototype 只会在 singleton 初始化时创建一次。要每次都获取新实例，需要使用 ObjectFactory 或 @Lookup 方法注入。
相关模式
- 单例模式：与原型模式相反，单例保证只有一个实例
- 建造者模式：建造者模式逐步构建对象，原型模式直接复制
- 备忘录模式：备忘录可以用原型模式来保存和恢复对象状态