名称
原型模式（PROTOTYPE）
目的
用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。
tips：使用时注意深拷贝和浅拷贝
适用性
当一个系统应该独立于它的产品创建、构成和表示时，要使用Prototype模式；以及
当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态装载；或者
为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时；或者
当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时。建立相应数目的原型并克隆它们可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些。
结构
原型（Prototype）：声明一个克隆自身的接口。
具体原型（ConcretePrototype）：实现一个克隆自身的操作。
客户端（Client）：让一个原型克隆自身从而创建一个新的对象。
协作
客户请求一个原型克隆自身。
效果
优点
它对客户隐藏了具体的产品类。这一点和生成器、工厂方法模式有一样的效果，减少了客户知道的名字和数量。
运行时刻增加和删除产品。Prototype允许只通过客户注册原型实例就可以将一个新的具体产品类并入系统。它比其他创建型模式更为灵活，因为客户可以在运行时刻建立和删除原型。
改变值以指定新对象。可以通过对象复合定义新的行为，比如通过为一个对象变量指定值，即可不定义新类而得到新“类”的效果。实际上，克隆一个原型类似于实例化一个类。
这句话的意思就是可以把原型看做是一个基础类，使用clone()后的对象可以在修改属性值后作为新的原型进行clone()，前提是clone()得实现深拷贝改变结构以指定新对象。
个人理解：原型有原型的类结构，用户可以通过改变具体原型的类结构，比如增加一个新字段，从而达到改变原型结构以指定新对象的目的减少子类的构造。工厂方法模式经常会产生一个与产品类层次平行的Creator类层次，原型模式避免了Creator类层次的出现。
用类动态配置应用。一个希望创建动态载入类的实例的应用不能静态引用类的构造器。而应该由运行环境在载入时自动创建每个类的实例，并用原型管理器来注册这个实例，这使得创建新的对象更加灵活。
性能优势。在内存拷贝对象通常比通过构造器创建新对象更快，因为避免了初始化的过程。
较少创建成本。对于创建过程较为复杂或耗时的对象，使用原型模式可以显著降低创建新对象的时间和资源消耗。
缺点
它的主要缺陷是每一个Prototype的子类都必须实现Clone操作，这可能很困难。例如，当所考虑的类已经存在时就难以新增Clone操作。当内部包括一些不支持拷贝或有循环引用的对象时，实现克隆可能也会很困难的。
构造函数不执行。使用原型模式创建的新对象不会调用构造函数，这意味着依赖于构造函数执行某些操作（如资源初始化）的类可能需要额外的处理。
减少约束。由于构造函数不被调用，可能会导致对象状态的不一致性，尤其是当对象需要外部资源或特定状态时。
深拷贝与浅拷贝问题。如果对象包含引用类型的成员变量，则需要明确地处理深拷贝或浅拷贝的问题，否则可能导致对象共享数据，从而引发潜在的问题。
应用
问题
假设我们要设计一款绘图工具的图形工具栏，需求就是可以把工具栏中的图形直接复制到绘图框进行使用，同时工具栏中支持自定义（添加/删除新图形）。在这里，我们可以把图形当做原型，各个形状当做具体原型去继承或者实现原型，这就形成了原型模式的基本结构，但是既然是工具栏，主要作用还是提供了图形（原型）的管理功能，这里可以抽象为一个原型管理器，至此，整个应用框架搭建完成。
示例
UML
这里的具体原型没有clone()是因为具体原型不存在原型没有的字段，所以在实现的时候就没必要重写，直接使用父类（原型）的clone()即可；如果具体原型中存在原型没有的字段，此时具体原型就必须重写父类的clone()了。
代码示例
原型：图形，实现了Cloneable ，重写的clone()是浅拷贝（不是重点）
package com.ysj.part3.protoType.proto;
public abstract class Shape implements Cloneable {
private String id;
protected String type;
public abstract void draw();
public String getType(){
return type;
}
public String getId() {
return id;
}
public void setId(String id) {
this.id = id;
}
public Object clone() {
Object clone = null;
try {
clone = super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
return clone;
}
}具体原型：圆形、矩形、正方形，继承Shape，无需重写clone()
package com.ysj.part3.protoType.concreteProto;
import com.ysj.part3.protoType.proto.Shape;
public class Circle extends Shape {
public Circle(){
type = "Circle";
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
}
}package com.ysj.part3.protoType.concreteProto;
import com.ysj.part3.protoType.proto.Shape;
public class Rectangle extends Shape {
public Rectangle(){
type = "Rectangle";
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
}
}package com.ysj.part3.protoType.concreteProto;
import com.ysj.part3.protoType.proto.Shape;
public class Square extends Shape {
public Square(){
type = "Square";
}
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Square::draw() method.");
}
}原型管理器：形状缓存
package com.ysj.part3.protoType.utils;
import com.ysj.part3.protoType.concreteProto.Circle;
import com.ysj.part3.protoType.concreteProto.Rectangle;
import com.ysj.part3.protoType.concreteProto.Square;
import com.ysj.part3.protoType.proto.Shape;
import java.util.Hashtable;
/**
* 形状缓存
* 作为原型管理器使用
*/
public class ShapeCache {
private static Hashtable<String, Shape> shapeMap
= new Hashtable<String, Shape>();
public static Shape getShape(String shapeId) {
Shape cachedShape = shapeMap.get(shapeId);
return (Shape) cachedShape.clone();
}
// 对每种形状都运行数据库查询，并创建该形状
// shapeMap.put(shapeKey, shape);
// 例如，我们要添加三种形状
public static void loadCache() {
Circle circle = new Circle();
circle.setId("1");
shapeMap.put(circle.getId(),circle);
Square square = new Square();
square.setId("2");
shapeMap.put(square.getId(),square);
Rectangle rectangle = new Rectangle();
rectangle.setId("3");
shapeMap.put(rectangle.getId(),rectangle);
}
}
客户端：画图的人
package com.ysj.part3.protoType;
import com.ysj.part3.protoType.utils.ShapeCache;
import com.ysj.part3.protoType.proto.Shape;
/**
* 原型模式
* 用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象
* 参考博客：https://www.runoob.com/design-pattern/prototype-pattern.html
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
ShapeCache.loadCache();
Shape clonedShape = ShapeCache.getShape("1");
System.out.println("Shape : " + clonedShape.getType());
Shape clonedShape2 = ShapeCache.getShape("2");
System.out.println("Shape : " + clonedShape2.getType());
Shape clonedShape3 = ShapeCache.getShape("3");
System.out.println("Shape : " + clonedShape3.getType());
}
}已知应用
Spring Framework
Spring 框架中的 BeanFactory 或 ApplicationContext 可以使用原型作用域（scope="prototype"）来管理那些需要每次请求都创建新实例的Bean。
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