Java设计模式之创建型模式（二）原型模式

原型模式

- 1、原型模式
- - 1-1、应用场景
  - 1-2、举个软栗子
  - 1-3、举个硬栗子
  - 1-4、举个实务栗子
  - 1-5、代码重构

学习原型模式的目的：原型模式的目的在于通过复制现有的实例来创建新的对象，以避免通过构造函数创建对象时可能带来的性能开销，同时可以控制对象的深度复制。
通俗点讲就是原型模式主要解决的问题就是创建⼤量重复的类，⽽我们模拟的场景就需要给不同的⽤户都创建相同的试卷，但这些试卷的题⽬不便于每次都从库中获取，甚⾄有时候需要从远程的RPC中获取。这样都是⾮常耗时的，⽽且随着创建对象的增多将严重影响效率

1、原型模式

定义：
在Java中，原型模式（Prototype Pattern）是一种创建型设计模式，其主要目的是通过使用已有对象作为原型，克隆并生成新的对象，而无需显式地使用构造函数来创建对象。原型模式的核心思想是通过克隆（Clone）现有的对象来创建新的对象，这种克隆可以是浅克隆（Shallow Clone）或深克隆（Deep Clone）。

浅克隆：通过调用对象的clone()方法复制对象，得到一个新的对象实例，新对象与原对象共享部分数据。对于引用类型的成员变量，浅克隆只复制其引用而不创建新的对象。
深克隆：通过自定义克隆逻辑，递归地复制对象及其引用类型的成员变量，得到一个完全独立的新对象实例。深克隆会逐层复制对象及其引用的对象，保证新对象与原对象的数据完全独立。

要实现原型模式，需要满足以下条件：

被克隆的类必须实现Cloneable接口，这个接口是一个标记接口，表明该类可以被克隆。
在被克隆的类中覆写clone()方法，实现对象的克隆操作。
在使用原型模式时，通过调用对象的clone()方法创建新的对象。

通过使用原型模式，可以避免直接使用构造函数复杂地创建对象，提高对象的创建效率和灵活性。
需要注意的是，在克隆过程中如果涉及到引用类型的成员变量，如果要实现深克隆，需要对引用类型的成员变量也进行克隆操作，确保数据的独立性和完整性。
总的来说，原型模式通过克隆现有对象来创建新的对象，实现了对象的复制和创建的分离，提高了对象创建的效率和灵活性。

1-1、应用场景

Java中的原型模式适用于以下业务应用场景：

对象的创建成本高：当需要创建一个对象的成本很高，比如需要初始化大量的数据、进行复杂的计算或者远程调用等，可以使用原型模式。通过复制已有的对象，避免重复的创建过程，提高性能和效率。
对象的创建过程复杂：有些对象的创建过程比较复杂，涉及到多个步骤或者依赖其他对象。在这种情况下，可以使用原型模式将一个已经初始化好的对象作为原型，通过复制来创建新对象，避免创建过程的复杂性和依赖关系的传递。
动态配置对象：当需要根据用户的不同配置动态生成对象时，可以使用原型模式。通过定义一个原型对象，根据不同的配置参数进行复制，快速生成多个符合用户需求的对象。
多线程环境下的对象创建：在多线程环境下，对象的创建可能会引起线程安全的问题。使用原型模式，可以避免多个线程同时创建对象，从而保证对象的安全性和一致性。

总的来说，原型模式适用于那些创建成本高、创建过程复杂、动态配置或需要在多线程环境下创建对象的场景。通过原型模式，可以通过复制现有的对象来创建新对象，提高性能、简化对象的创建过程，并保证对象的安全性和一致性。

1-2、举个软栗子

代码如下

写个Person实现Cloneable接口：

package com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Person implements Cloneable {

    private int id;
    private String name;
    private Address address;

    @Override
    public Person clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Person) super.clone();
    }
}

写个Address实现Cloneable接口：

package com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
class Address implements Cloneable {

    private String city;
    private String street;

    @Override
    public Address clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Address) super.clone();
    }
}

写个测试方法：

package com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2;


import lombok.extern.slf4j.Slf4j;


/**
 *  使用场景：
 *  软拷贝适用于对象的字段较简单，不包含引用类型字段
 *  的情况，而且希望拷贝后的对象能够及时地反映原对象
 *  字段的变化。例如，当对象只包含基本数据类型的字段，
 *  且需要对对象进行快速的拷贝操作，可以使用软拷贝。
 *
 */
@Slf4j
public class TestShallowCopy {

    public static void main(String[] args) {

        Address address = new Address("濮阳市", "挥公大道003号");
        Person person = new Person(1, "岳云鹏", address);

        try {
            Person copyPerson = person.clone();
            log.info("person: {}", person);
            log.info("shallow copy person: {}", copyPerson);

            //拷贝后的对象重新赋值
            copyPerson.setId(2);
            copyPerson.setName("小驴程序源");
            copyPerson.getAddress().setCity("北京市");
            copyPerson.getAddress().setStreet("长安街110号");

            log.info("------------------拷贝后的对象重新赋值如下：--------------------");
            log.info("person: {}", person);
            log.info("shallow copy person: {}", copyPerson);
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            log.error("Clone not supported", e);
        }
    }
}

我们看一下console输出

已连接到地址为 ''127.0.0.1:52221'，传输: '套接字'' 的目标虚拟机
17:15:14.526 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2.TestShallowCopy - person: Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
17:15:14.530 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2.TestShallowCopy - shallow copy person: Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
17:15:14.530 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2.TestShallowCopy - ------------------拷贝后的对象重新赋值如下：--------------------
17:15:14.530 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2.TestShallowCopy - person: Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=北京市, street=长安街110号))
17:15:14.530 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.shallowcopy2.TestShallowCopy - shallow copy person: Person(id=2, name=小驴程序源, address=Address(city=北京市, street=长安街110号))
已与地址为 ''127.0.0.1:52221'，传输: '套接字'' 的目标虚拟机断开连接

进程已结束，退出代码为 0

根据输出结果，可以看到以下信息：

原对象person的信息为：Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
浅拷贝对象copyPerson的信息为：Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
拷贝后的对象重新赋值后，原对象person的信息为：Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=北京市, street=长安街110号))
拷贝后的对象重新赋值后，浅拷贝对象copyPerson的信息为：Person(id=2, name=小驴程序源, address=Address(city=北京市, street=长安街110号))

从输出结果来看，当对拷贝后的对象copyPerson进行了修改时，原对象person的数据并没有发生变化。这是因为浅拷贝只复制了对象的引用，并没有对引用的对象进行深拷贝。因此，当拷贝对象的引用类型成员变量进行修改时，原对象的成员变量也会相应改变。

1-3、举个硬栗子

在这里插入图片描述

首先Address还是原来的它自己，Person要改写一下clone方法

package com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class Person implements Cloneable {

    private int id;
    private String name;
    private Address address;

    @Override
    public Person clone() throws CloneNotSupportedException {
        Person cPerson = (Person) super.clone();
        cPerson.address = this.address.clone();
        return cPerson;
    }
}

测试类还是原来的测试类，改了个名

package com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2;


import lombok.extern.slf4j.Slf4j;


/**
 *  使用场景：
 *  硬拷贝适用于对象的字段较复杂，包含引用类型字段的情
 *  况，希望拷贝后的对象能够独立地管理自己的字段，不受
 *  原对象影响。例如，当对象包含引用类型的字段，且需要
 *  对对象进行深度拷贝，确保拷贝后的对象与原对象完全独
 *  立，可以使用硬拷贝。
 *
 */
@Slf4j
public class TestDeepCopy {

    public static void main(String[] args) {

        Address address = new Address("濮阳市", "挥公大道003号");
        Person person = new Person(1, "岳云鹏", address);

        try {
            Person copyPerson = person.clone();
            log.info("person: {}", person);
            log.info("shallow copy person: {}", copyPerson);

            //拷贝后的对象重新赋值
            copyPerson.setId(2);
            copyPerson.setName("小驴程序源");
            copyPerson.getAddress().setCity("北京市");
            copyPerson.getAddress().setStreet("长安街110号");

            log.info("------------------拷贝后的对象重新赋值如下：--------------------");
            log.info("person: {}", person);
            log.info("shallow copy person: {}", copyPerson);
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            log.error("Clone not supported", e);
        }
    }
}

但是输出结果就有了新变化：

在clone()方法中，首先调用了父类的clone()方法创建了一个新的Person对象，并进行类型转换。接着，通过调用this.address.clone()方法对地址对象进行深拷贝，将拷贝后的地址对象赋值给新创建的Person对象的地址成员变量。这样就实现了深拷贝，拷贝后的对象和原对象拥有了各自的地址对象，互不影响。

总的来说，这段代码示例展示了如何通过在clone()方法中对引用类型成员变量进行深拷贝操作，实现了深拷贝的Person类。通过这种方式，即使修改拷贝对象的引用类型成员变量，原对象的成员变量也不会受到影响。

已连接到地址为 ''127.0.0.1:53498'，传输: '套接字'' 的目标虚拟机
18:04:04.663 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2.TestDeepCopy - person: Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
18:04:04.669 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2.TestDeepCopy - shallow copy person: Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
18:04:04.669 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2.TestDeepCopy - ------------------拷贝后的对象重新赋值如下：--------------------
18:04:04.669 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2.TestDeepCopy - person: Person(id=1, name=岳云鹏, address=Address(city=濮阳市, street=挥公大道003号))
18:04:04.669 [main] INFO com.rensun.designmode.prototype_mode.deepcopy2.TestDeepCopy - shallow copy person: Person(id=2, name=小驴程序源, address=Address(city=北京市, street=长安街110号))
已与地址为 ''127.0.0.1:53498'，传输: '套接字'' 的目标虚拟机断开连接

1-4、举个实务栗子

package com.tansun.goods.controller;


import cn.hutool.json.JSONUtil;
import com.tansun.goods.prototype_mode.AnswerQuestion;
import com.tansun.goods.prototype_mode.ChoiceQuestion;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

/**
 * @author Administrator
 */
@Slf4j
@RestController
@RequestMapping
public class TestController {

    public String createPaper(String candidate, String number) {
        //选择题
        List<ChoiceQuestion> choiceQuestionList = new ArrayList<ChoiceQuestion>();
        //问答题
        List<AnswerQuestion> answerQuestionList = new ArrayList<AnswerQuestion>();
        Map<String, String> map01 = new HashMap<String, String>();
        map01.put("A", "JAVA2 EE");
        map01.put("B", "JAVA2 Card");
        map01.put("C", "JAVA2 ME");
        map01.put("D", "JAVA2 HE");
        map01.put("E", "JAVA2 SE");
        Map<String, String> map02 = new HashMap<String, String>();
        map02.put("A", "JAVA程序的main⽅法必须写在类⾥⾯");
        map02.put("B", "JAVA程序中可以有多个main⽅法");
        map02.put("C", "JAVA程序中类名必须与⽂件名⼀样");
        map02.put("D", "JAVA程序的main⽅法中如果只有⼀条语句，可以不⽤{}(⼤括号)括起来");
        Map<String, String> map03 = new HashMap<String, String>();
        map03.put("A", "变量由字⺟、下划线、数字、$符号随意组成；");
        map03.put("B", "变量不能以数字作为开头；");
        map03.put("C", "A和a在java中是同⼀个变量；");
        map03.put("D", "不同类型的变量，可以起相同的名字；");
        Map<String, String> map04 = new HashMap<String, String>();
        map04.put("A", "STRING");
        map04.put("B", "x3x;");
        map04.put("C", "void");
        map04.put("D", "de$f");
        Map<String, String> map05 = new HashMap<String, String>();
        map05.put("A", "31");
        map05.put("B", "0");
        map05.put("C", "1");
        map05.put("D", "2");
        
        choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("JAVA所定义的版本中不包括", map01, "D"));
        choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("下列说法正确的是", map02, "A"));
        choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("变量命名规范说法正确的是", map03, "B"));
        choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("以下()不是合法的标识符", map04, "C"));
        choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("表达式(11+3*8)/4%3的值 是", map05, " D"));

        answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("⼩红⻢和⼩⿊⻢⽣的⼩⻢⼏条腿", "4条腿"));
        answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("铁棒打头疼还是⽊棒打头疼", "头最疼"));
        answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("什么床不能睡觉", "⽛床"));
        answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("为什么好⻢不吃回头草", "后⾯的草没了"));

        //打印当前考生的试卷
        StringBuilder detail = new StringBuilder("考⽣：" + candidate + "\r\n" + "考号：" + number + "\r\n" + "--------------------------------------------\r\n" + "⼀、选择题" + "\r\n\n");
        for (int idx = 0; idx < choiceQuestionList.size(); idx++) {
            detail.append("第").append(idx + 1).append("题：").append(choiceQuestionList.get(idx).getName()).append("\n");
            Map<String, String> option = choiceQuestionList.get(idx).getOption();
            option.forEach((k,v)->detail.append(k).append("：").append(option.get(k)).append("\r\n"));
            detail.append("答 案：").append(choiceQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");
        }
        detail.append("⼆、问答题" + "\r\n\n");
        for (int idx = 0; idx < answerQuestionList.size(); idx++) {
            detail.append("第").append(idx + 1).append("题：").append(answerQuestionList.get(idx).getName()).append("\n");
            detail.append("答 案：").append(answerQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");
        }
        return detail.toString();
    }
}

选择题类

package com.tansun.goods.prototype_mode;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import java.util.Map;

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class ChoiceQuestion {
    /**
     * 题⽬
     */
    private String name;
    /**
     * 选项A、B、C、D
     */
    private Map<String, String> option;
    /**
     * 答案B
     */
    private String key;
}

问答题

package com.tansun.goods.prototype_mode;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class AnswerQuestion {
    /**
     * 问题
     */
    private String name;
    /**
     * 答案
     */
    private String key;
}

运行：

package com.tansun.goods;

import com.tansun.goods.controller.TestController;
import org.apache.catalina.core.ApplicationContext;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.web.context.ContextLoader;
import org.springframework.web.context.WebApplicationContext;

@SpringBootTest
class GoodsApplicationTests {

    @Test
    public void test_QuestionBankController() {
        TestController questionBankController = new TestController();
        System.out.println(questionBankController.createPaper("花花", "1000001921032"));
        System.out.println(questionBankController.createPaper("⾖⾖", "1000001921051"));
        System.out.println(questionBankController.createPaper("⼤宝", "1000001921987"));
    }

}

结果：

考⽣：花花
考号：1000001921032
--------------------------------------------
⼀、选择题

第1题：JAVA所定义的版本中不包括
A：JAVA2 EE
B：JAVA2 Card
C：JAVA2 ME
D：JAVA2 HE
E：JAVA2 SE
答 案：D

第2题：下列说法正确的是
A：JAVA程序的main⽅法必须写在类⾥⾯
B：JAVA程序中可以有多个main⽅法
C：JAVA程序中类名必须与⽂件名⼀样
D：JAVA程序的main⽅法中如果只有⼀条语句，可以不⽤{}(⼤括号)括起来
答 案：A

第3题：变量命名规范说法正确的是
A：变量由字⺟、下划线、数字、$符号随意组成；
B：变量不能以数字作为开头；
C：A和a在java中是同⼀个变量；
D：不同类型的变量，可以起相同的名字；
答 案：B

第4题：以下()不是合法的标识符
A：STRING
B：x3x;
C：void
D：de$f
答 案：C

第5题：表达式(11+3*8)/4%3的值 是
A：31
B：0
C：1
D：2
答 案： D

⼆、问答题

第1题：⼩红⻢和⼩⿊⻢⽣的⼩⻢⼏条腿
答 案：4条腿

第2题：铁棒打头疼还是⽊棒打头疼
答 案：头最疼

第3题：什么床不能睡觉
答 案：⽛床

第4题：为什么好⻢不吃回头草
答 案：后⾯的草没了


考⽣：⾖⾖
考号：1000001921051
--------------------------------------------
⼀、选择题

第1题：JAVA所定义的版本中不包括
A：JAVA2 EE
B：JAVA2 Card
C：JAVA2 ME
D：JAVA2 HE
E：JAVA2 SE
答 案：D

第2题：下列说法正确的是
A：JAVA程序的main⽅法必须写在类⾥⾯
B：JAVA程序中可以有多个main⽅法
C：JAVA程序中类名必须与⽂件名⼀样
D：JAVA程序的main⽅法中如果只有⼀条语句，可以不⽤{}(⼤括号)括起来
答 案：A

第3题：变量命名规范说法正确的是
A：变量由字⺟、下划线、数字、$符号随意组成；
B：变量不能以数字作为开头；
C：A和a在java中是同⼀个变量；
D：不同类型的变量，可以起相同的名字；
答 案：B

第4题：以下()不是合法的标识符
A：STRING
B：x3x;
C：void
D：de$f
答 案：C

第5题：表达式(11+3*8)/4%3的值 是
A：31
B：0
C：1
D：2
答 案： D

⼆、问答题

第1题：⼩红⻢和⼩⿊⻢⽣的⼩⻢⼏条腿
答 案：4条腿

第2题：铁棒打头疼还是⽊棒打头疼
答 案：头最疼

第3题：什么床不能睡觉
答 案：⽛床

第4题：为什么好⻢不吃回头草
答 案：后⾯的草没了


考⽣：⼤宝
考号：1000001921987
--------------------------------------------
⼀、选择题

第1题：JAVA所定义的版本中不包括
A：JAVA2 EE
B：JAVA2 Card
C：JAVA2 ME
D：JAVA2 HE
E：JAVA2 SE
答 案：D

第2题：下列说法正确的是
A：JAVA程序的main⽅法必须写在类⾥⾯
B：JAVA程序中可以有多个main⽅法
C：JAVA程序中类名必须与⽂件名⼀样
D：JAVA程序的main⽅法中如果只有⼀条语句，可以不⽤{}(⼤括号)括起来
答 案：A

第3题：变量命名规范说法正确的是
A：变量由字⺟、下划线、数字、$符号随意组成；
B：变量不能以数字作为开头；
C：A和a在java中是同⼀个变量；
D：不同类型的变量，可以起相同的名字；
答 案：B

第4题：以下()不是合法的标识符
A：STRING
B：x3x;
C：void
D：de$f
答 案：C

第5题：表达式(11+3*8)/4%3的值 是
A：31
B：0
C：1
D：2
答 案： D

⼆、问答题

第1题：⼩红⻢和⼩⿊⻢⽣的⼩⻢⼏条腿
答 案：4条腿

第2题：铁棒打头疼还是⽊棒打头疼
答 案：头最疼

第3题：什么床不能睡觉
答 案：⽛床

第4题：为什么好⻢不吃回头草
答 案：后⾯的草没了

进程已结束,退出代码0

以上就是三位考试的试卷；花花、⾖、⼤宝，每个⼈的试卷内容是⼀样的这没问题，但是三个⼈的题⽬以及选项顺序都是⼀样，就没有达到我们说希望的乱序要求。⽽且以上这样的代码⾮常难扩展，随着题⽬的不断的增加以及乱序功能的补充，都会让这段代码变
得越来越混乱

1-5、代码重构

针对每⼀个试卷都会使⽤克隆的⽅式进⾏复制，复制完成后将试卷中题⽬以及每个题⽬的答案进⾏乱序处理。这⾥提供了⼯具包；TopicRandomUtil


import java.util.*;

public class TopicRandomUtil {

    /**
     * 乱序Map元素，记录对应答案key
     * @param option 题目
     * @param key    答案
     * @return Topic 乱序后 {A=c., B=d., C=a., D=b.}
     */
    static public Topic random(Map<String, String> option, String key) {
        Set<String> keySet = option.keySet();
        ArrayList<String> keyList = new ArrayList<String>(keySet);
        Collections.shuffle(keyList);
        HashMap<String, String> optionNew = new HashMap<String, String>();
        int idx = 0;
        String keyNew = "";
        for (String next : keySet) {
            String randomKey = keyList.get(idx++);
            if (key.equals(next)) {
                keyNew = randomKey;
            }
            optionNew.put(randomKey, option.get(next));
        }
        return new Topic(optionNew, keyNew);
    }


    public Topic random2(Map<String, String> hashMap, String key) {
        List<String> keys = new ArrayList<>(hashMap.keySet());
        Collections.shuffle(keys);
        Map<String, String> shuffledMap = new HashMap<>();
        String newKey = "";
        for (int i = 0; i < keys.size(); i++) {
            String oldKey = keys.get(i);
            String val = hashMap.get(oldKey);
            shuffledMap.put(keys.get(i), val);
            if (oldKey.equals(key)) {
                newKey = keys.get(i);
            }
        }
        return new Topic(shuffledMap, newKey);
    }
}

克隆对象


import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Map;

public class QuestionBank implements Cloneable {

    private String candidate; // 考生
    private String number;    // 考号

    private ArrayList<ChoiceQuestion> choiceQuestionList = new ArrayList<ChoiceQuestion>();
    private ArrayList<AnswerQuestion> answerQuestionList = new ArrayList<AnswerQuestion>();

    public QuestionBank append(ChoiceQuestion choiceQuestion) {
        choiceQuestionList.add(choiceQuestion);
        return this;
    }

    public QuestionBank append(AnswerQuestion answerQuestion) {
        answerQuestionList.add(answerQuestion);
        return this;
    }

    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        QuestionBank questionBank = (QuestionBank) super.clone();
        questionBank.choiceQuestionList = (ArrayList<ChoiceQuestion>) choiceQuestionList.clone();
        questionBank.answerQuestionList = (ArrayList<AnswerQuestion>) answerQuestionList.clone();

        // 题目乱序
        Collections.shuffle(questionBank.choiceQuestionList);
        Collections.shuffle(questionBank.answerQuestionList);
        // 答案乱序
        ArrayList<ChoiceQuestion> choiceQuestionList = questionBank.choiceQuestionList;
        for (ChoiceQuestion question : choiceQuestionList) {
            Topic random = TopicRandomUtil.random(question.getOption(), question.getKey());
            question.setOption(random.getOption());
            question.setKey(random.getKey());
        }
        return questionBank;
    }

    public void setCandidate(String candidate) {
        this.candidate = candidate;
    }

    public void setNumber(String number) {
        this.number = number;
    }

    @Override
    public String toString() {

        StringBuilder detail = new StringBuilder("考生：" + candidate + "\r\n" + "考号：" + number + "\r\n" + "--------------------------------------------\r\n" + "一、选择题" + "\r\n\n");

        for (int idx = 0; idx < choiceQuestionList.size(); idx++) {
            detail.append("第").append(idx + 1).append("题：").append(choiceQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");
            Map<String, String> option = choiceQuestionList.get(idx).getOption();
            for (String key : option.keySet()) {
                detail.append(key).append("：").append(option.get(key)).append("\r\n");
                ;
            }
            detail.append("答案：").append(choiceQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");
        }

        detail.append("二、问答题" + "\r\n\n");

        for (int idx = 0; idx < answerQuestionList.size(); idx++) {
            detail.append("第").append(idx + 1).append("题：").append(answerQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");
            detail.append("答案：").append(answerQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");
        }

        return detail.toString();
    }

}

这⾥的主要操作内容有三个，分别是；

两个 append() ，对各项题⽬的添加，有点像我们在建造者模式中使⽤的⽅式，添加装修物料

clone() ，这⾥的核⼼操作就是对对象的复制，这⾥的复制不只是包括了本身，同时对两个集合也做了复制。只有这样的拷⻉才能确保在操作克隆对象的时候不影响原对象。

乱序操作，在 list 集合中有⼀个⽅法， Collections.shuffle ，可以将原有集合的顺序打乱，输出⼀个新的顺序。在这⾥我们使⽤此⽅法对题⽬进⾏乱序操作。

初始化试卷数据：


import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class QuestionBankController {

    private QuestionBank questionBank = new QuestionBank();

    public QuestionBankController() {

        Map<String, String> map01 = new HashMap<String, String>();
        map01.put("A", "JAVA2 EE");
        map01.put("B", "JAVA2 Card");
        map01.put("C", "JAVA2 ME");
        map01.put("D", "JAVA2 HE");
        map01.put("E", "JAVA2 SE");

        Map<String, String> map02 = new HashMap<String, String>();
        map02.put("A", "JAVA程序的main方法必须写在类里面");
        map02.put("B", "JAVA程序中可以有多个main方法");
        map02.put("C", "JAVA程序中类名必须与文件名一样");
        map02.put("D", "JAVA程序的main方法中如果只有一条语句，可以不用{}(大括号)括起来");

        Map<String, String> map03 = new HashMap<String, String>();
        map03.put("A", "变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成；");
        map03.put("B", "变量不能以数字作为开头；");
        map03.put("C", "A和a在java中是同一个变量；");
        map03.put("D", "不同类型的变量，可以起相同的名字；");

        Map<String, String> map04 = new HashMap<String, String>();
        map04.put("A", "STRING");
        map04.put("B", "x3x;");
        map04.put("C", "void");
        map04.put("D", "de$f");

        Map<String, String> map05 = new HashMap<String, String>();
        map05.put("A", "31");
        map05.put("B", "0");
        map05.put("C", "1");
        map05.put("D", "2");

        questionBank.append(new ChoiceQuestion("JAVA所定义的版本中不包括", map01, "D"))
                .append(new ChoiceQuestion("下列说法正确的是", map02, "A"))
                .append(new ChoiceQuestion("变量命名规范说法正确的是", map03, "B"))
                .append(new ChoiceQuestion("以下()不是合法的标识符", map04, "C"))
                .append(new ChoiceQuestion("表达式(11+3*8)/4%3的值是", map05, "D"))
                .append(new AnswerQuestion("小红马和小黑马生的小马几条腿", "4条腿"))
                .append(new AnswerQuestion("铁棒打头疼还是木棒打头疼", "头最疼"))
                .append(new AnswerQuestion("什么床不能睡觉", "牙床"))
                .append(new AnswerQuestion("为什么好马不吃回头草", "后面的草没了"));
    }

    public String createPaper(String candidate, String number) throws CloneNotSupportedException {
        QuestionBank questionBankClone = (QuestionBank) questionBank.clone();
        questionBankClone.setCandidate(candidate);
        questionBankClone.setNumber(number);
        return questionBankClone.toString();
    }

}

这个类的内容就⽐较简单了，主要提供对试卷内容的模式初始化操作(所有考⽣试卷⼀样，题⽬顺序不⼀致)。
以及对外部提供创建试卷的⽅法，在创建的过程中使⽤的是克隆的⽅式； (QuestionBank)questionBank.clone(); ，并最终返回试卷信息。

测试验证：


import org.itstack.demo.design.QuestionBankController;
import org.junit.Test;

public class ApiTest {

    @Test
    public void test_QuestionBank() throws CloneNotSupportedException {
        QuestionBankController questionBankController = new QuestionBankController();
        System.out.println(questionBankController.createPaper("郭德纲", "1000001921032"));
        System.out.println(questionBankController.createPaper("岳云鹏", "1000001921051"));
        System.out.println(questionBankController.createPaper("于谦", "1000001921987"));
    }
}

结果

考生：郭德纲
考号：1000001921032
--------------------------------------------
一、选择题

第1题：JAVA所定义的版本中不包括
A：JAVA2 SE
B：JAVA2 HE
C：JAVA2 EE
D：JAVA2 ME
E：JAVA2 Card
答案：B

第2题：表达式(11+3*8)/4%3的值是
A：1
B：0
C：2
D：31
答案：C

第3题：以下()不是合法的标识符
A：x3x;
B：void
C：STRING
D：de$f
答案：B

第4题：变量命名规范说法正确的是
A：变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成；
B：不同类型的变量，可以起相同的名字；
C：变量不能以数字作为开头；
D：A和a在java中是同一个变量；
答案：C

第5题：下列说法正确的是
A：JAVA程序的main方法必须写在类里面
B：JAVA程序的main方法中如果只有一条语句，可以不用{}(大括号)括起来
C：JAVA程序中可以有多个main方法
D：JAVA程序中类名必须与文件名一样
答案：A

二、问答题

第1题：小红马和小黑马生的小马几条腿
答案：4条腿

第2题：为什么好马不吃回头草
答案：后面的草没了

第3题：铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案：头最疼

第4题：什么床不能睡觉
答案：牙床


考生：岳云鹏
考号：1000001921051
--------------------------------------------
一、选择题

第1题：变量命名规范说法正确的是
A：A和a在java中是同一个变量；
B：变量不能以数字作为开头；
C：变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成；
D：不同类型的变量，可以起相同的名字；
答案：B

第2题：下列说法正确的是
A：JAVA程序的main方法中如果只有一条语句，可以不用{}(大括号)括起来
B：JAVA程序中可以有多个main方法
C：JAVA程序中类名必须与文件名一样
D：JAVA程序的main方法必须写在类里面
答案：D

第3题：JAVA所定义的版本中不包括
A：JAVA2 SE
B：JAVA2 Card
C：JAVA2 HE
D：JAVA2 ME
E：JAVA2 EE
答案：C

第4题：以下()不是合法的标识符
A：STRING
B：x3x;
C：de$f
D：void
答案：D

第5题：表达式(11+3*8)/4%3的值是
A：31
B：2
C：0
D：1
答案：B

二、问答题

第1题：为什么好马不吃回头草
答案：后面的草没了

第2题：什么床不能睡觉
答案：牙床

第3题：小红马和小黑马生的小马几条腿
答案：4条腿

第4题：铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案：头最疼


考生：于谦
考号：1000001921987
--------------------------------------------
一、选择题

第1题：表达式(11+3*8)/4%3的值是
A：31
B：2
C：1
D：0
答案：B

第2题：以下()不是合法的标识符
A：x3x;
B：de$f
C：STRING
D：void
答案：D

第3题：下列说法正确的是
A：JAVA程序中可以有多个main方法
B：JAVA程序的main方法中如果只有一条语句，可以不用{}(大括号)括起来
C：JAVA程序的main方法必须写在类里面
D：JAVA程序中类名必须与文件名一样
答案：C

第4题：JAVA所定义的版本中不包括
A：JAVA2 Card
B：JAVA2 SE
C：JAVA2 HE
D：JAVA2 ME
E：JAVA2 EE
答案：C

第5题：变量命名规范说法正确的是
A：不同类型的变量，可以起相同的名字；
B：变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成；
C：变量不能以数字作为开头；
D：A和a在java中是同一个变量；
答案：C

二、问答题

第1题：为什么好马不吃回头草
答案：后面的草没了

第2题：铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案：头最疼

第3题：小红马和小黑马生的小马几条腿
答案：4条腿

第4题：什么床不能睡觉
答案：牙床


Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:50335', transport: 'socket'

Process finished with exit code 0

总结

以上的实际场景模拟了原型模式在开发中᯿构的作⽤，但是原型模式的使⽤频率确实不是很⾼。如果有⼀些特殊场景需要使⽤到，也可以按照此设计模式进⾏优化。
另外原型设计模式的优点包括；便于通过克隆⽅式创建复杂对象、也可以避免᯿复做初始化操作、不需要与类中所属的其他类耦合等。但也有⼀些缺点如果对象中包括了循环引⽤的克隆，以及类中深度使⽤对象的克隆，都会使此模式变得异常麻烦。
终究设计模式是⼀整套的思想，在不同的场景合理的运⽤可以提升整体的架构的质量。永远不要想着去硬凑设计模式，否则将会引起过渡设计，以及在承接业务反复变化的需求时造成浪费的开发和维护成本。
初期是代码的优化，中期是设计模式的使⽤，后期是把控全局服务的搭建。不断的加强⾃⼰对全局能⼒的把控，也加深⾃⼰对细节的处理。可上可下才是⼀个程序员最佳处理⽅式，选取做合适的才是最好的选择。