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原型模式

分类：创建型模式。

类结构

classDiagram
    direction TB
    class Client {
        +duplicate()
    }
    class Prototype {
        <<interface>>
        +clone() Prototype
    }
    class ConcretePrototypeA {
        +clone() Prototype
    }
    class ConcretePrototypeB {
        +clone() Prototype
    }
    Client --> Prototype : 请求复制
    Prototype <|.. ConcretePrototypeA
    Prototype <|.. ConcretePrototypeB

角色定义

角色 定义
Client（客户） 持有原型引用，通过复制现有对象获得新对象。
Prototype（原型接口） 声明返回对象副本的复制操作。
ConcretePrototypeA / ConcretePrototypeB（具体原型） 实现自身的复制逻辑，决定如何复制内部状态和引用；深拷贝或浅拷贝由具体实现约定。

Head First 示例：复制已有的怪物配置

本节对应《Head First 设计模式》附录中的原型主题，具体类型与行为按作者 2020 年第二版配套代码 prototype 下的 Java 实现整理。在需要沿用某只怪物的名称、翅膀、头数和喷火能力时，调用者可以通过 Monster.copy() 复制已有配置，再为副本改名。Dragon 与 Drakon 都继承 Monster，各自实现复制操作；图中的名称来自配套源码，类图是本节据此整理的示意。

Monster 实现 Java 的标记接口 Cloneable，并声明抽象的 copy()；两个子类的实现都调用继承的 clone()，因此这里执行的是浅克隆。Cloneable 本身没有声明 copy()。同目录的 Client.java 使用 Prototype、ConcretePrototype1 和 ConcretePrototype2，没有调用这组怪物类；以下协作过程是依据怪物 Java 类整理的调用说明，同目录网页中的脚本不作为 Java 克隆流程的依据。

具体类名 对应角色 职责
Cloneable Java 克隆标记接口 标记实例支持通过 Object.clone() 进行字段复制，本身没有复制方法。
Monster 抽象原型 保存怪物状态，声明 copy()，提供 setName() 和默认不执行动作的 spitPoison()。
Dragon 具体原型 构造时设置是否有翅膀，并开启喷火能力；实现 copy() 返回副本。
Drakon 具体原型 构造时设置头数和喷火能力，重写 spitPoison()，并实现 copy()。

示例 UML

图中保留 4 个类型，省略 Object、异常类型、部分状态字段及文字输出方法。~ 表示包级可见，* 标记抽象方法。copy() 的三个声明都带有 throws CloneNotSupportedException，图内为简洁未列出异常声明；两个具体实现的返回类型均为 Monster。

classDiagram
    direction TB
    class Cloneable {
        <<interface>>
    }
    class Monster {
        <<abstract>>
        ~String name
        ~boolean hasWings
        ~int numHeads
        ~boolean canBreatheFire
        +Monster(String name)
        +copy() Monster*
        +setName(String name) void
        +spitPoison() void
    }
    class Dragon {
        +Dragon(String name, boolean hasWings)
        +copy() Monster
    }
    class Drakon {
        +Drakon(String name, int numHeads, boolean canBreatheFire)
        +copy() Monster
        +spitPoison() void
    }
    Cloneable <|.. Monster
    Monster <|-- Dragon
    Monster <|-- Drakon

协作过程

  1. 调用者先通过构造器创建 Dragon 或 Drakon 作为原型，并用 Monster 引用保存它。例如，Drakon 的构造参数可以确定名称、头数和是否喷火。
  2. 调用者请求 copy()，并按其方法声明处理或继续抛出 CloneNotSupportedException。动态分派进入实际子类的复制实现，后者调用 clone() 并返回新的 Monster 引用。
  3. 副本是独立对象，保留原对象的实际运行时类型和字段值；复制 Drakon 得到的仍是 Drakon，因此它仍使用重写的 spitPoison()。
  4. 调用副本的 setName() 只会替换副本的名称引用，不会改变原型名称。当前字段主要是基本类型和不可变的 String；如果以后加入可变引用字段，现有浅克隆会共享这些对象，需要另行决定是否深拷贝。

固定版本源码：

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