原型模式

概述

原型模式是一种对象创建型设计模式，主要用于创建重复使用的对象，由已有的原型对象创建出新的对象，不需要再经过重复的复制实现过程。通过克隆已经存在的实例来开辟新的实例，而不是重复创建相同的对象，具有较好的性能优势。

结构

原型模式结构包括原型接口、具体原型类、原型管理器三个部分。

原型接口：定义一个克隆自己的接口方法，能够返回一个克隆出来的对象。
具体原型类：实现原型接口，实现克隆自己的接口方法。
原型管理器：用于存储和管理原型对象。提供获取对象和新建对象方法。

示例

interface Animal extends Cloneable {
    Animal cloneAnimal();
}

class Cat implements Animal {
    @Override
    public Animal cloneAnimal() {
        try {
            return (Cat) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            return null;
        }
    }
}

class Dog implements Animal {
    @Override
    public Animal cloneAnimal() {
        try {
            return (Dog) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            return null;
        }
    }
}

class AnimalCache {
    private final HashMap<String, Animal> animalMap = new HashMap<>();

    public void loadCache() {
        animalMap.put("cat", new Cat());
        animalMap.put("dog", new Dog());
    }

    public Animal getAnimal(String animalName) {
        Animal cachedAnimal = animalMap.get(animalName);
        if (cachedAnimal != null) {
            return cachedAnimal.cloneAnimal();
        }
        return null;
    }
}

public class PrototypePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AnimalCache.loadCache();

        Animal clonedCat = AnimalCache.getAnimal("cat");
        System.out.println(clonedCat.getClass().getSimpleName()); // Cat

        Animal clonedDog = AnimalCache.getAnimal("dog");
        System.out.println(clonedDog.getClass().getSimpleName()); // Dog
    }
}

应用场景

适用于以下场景：

对象创建过程消耗资源较大（例如读取文件、数据库中的数据或网络请求），希望通过复制现有对象达到节省资源的目的。
需要保护对象安全时，避免因原始对象被操作而导致后续所有引用被影响的情况，可以采用原型模式创建克隆对象，避免修改原始对象对其他代码产生负面影响。
动态获取实例, 让用户根据需要产生几个对象，而又不需要知道产生的是哪些具体类。
用于解决开销大的对象创建问题。

优缺点

优点：

可以使用克隆避免重复的初始化处理，降低时间和资源的消耗。
可以在不需要与客户紧耦合的情况下生成复杂的对象。
可以通过改变值来初始化不同的对象。

缺点：

需要为每一个类配置一个克隆方法。
由于克隆对象与原型之间没有父子关系，对克隆对象的修改不会影响原型对象，如果需要同时修改原型对象，需要另外实现。

总结

原型模式是一种对象创建型设计模式，通过克隆已经存在的实例来开辟新的实例，而不是重复创建相同的对象，提供更好的性能和资源利用。适用于需要动态获取实例或避免重复初始化处理的场景。

单例模式命令模式