面试题：Java原型模式与其他设计模式的结合及优化

Question

在一个大型Java项目中，已经广泛使用了原型模式进行对象创建。现在项目需求变更，需要引入缓存机制来提高性能，同时要考虑与其他如单例模式、工厂模式等设计模式的融合。请阐述如何进行合理的设计和代码改造，给出整体设计思路以及关键代码片段的伪代码实现。

Answer 1

整体设计思路

1. 缓存机制引入：
   • 可以使用 HashMap 作为简单的缓存容器，以原型对象的标识（如唯一ID）作为键，缓存的克隆对象作为值。
   • 在获取原型对象的克隆实例时，先检查缓存中是否存在，如果存在则直接返回缓存对象，否则通过原型模式创建新对象并缓存。
2. 与单例模式融合：
   • 将缓存管理类设计为单例，确保整个项目中只有一个缓存实例，避免重复缓存造成内存浪费。
3. 与工厂模式融合：
   • 工厂模式负责对象的创建逻辑，结合原型模式的克隆机制，在工厂类中通过缓存机制优化对象创建过程。

关键代码片段伪代码实现

原型接口及实现类

// 原型接口
interface Prototype {
    Prototype clone();
}

// 具体原型类
class ConcretePrototype implements Prototype {
    private String data;

    public ConcretePrototype(String data) {
        this.data = data;
    }

    @Override
    public Prototype clone() {
        // 这里可根据实际情况实现深拷贝或浅拷贝
        return new ConcretePrototype(data);
    }
}

缓存管理单例类

class CacheManager {
    private static CacheManager instance;
    private Map<String, Prototype> cache;

    private CacheManager() {
        cache = new HashMap<>();
    }

    public static CacheManager getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (CacheManager.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new CacheManager();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

    public Prototype getFromCache(String key) {
        return cache.get(key);
    }

    public void putInCache(String key, Prototype prototype) {
        cache.put(key, prototype);
    }
}

工厂类

class ObjectFactory {
    public Prototype createObject(String key, String data) {
        CacheManager cacheManager = CacheManager.getInstance();
        Prototype prototype = cacheManager.getFromCache(key);
        if (prototype == null) {
            prototype = new ConcretePrototype(data);
            cacheManager.putInCache(key, prototype.clone());
        }
        return prototype.clone();
    }
}

使用示例

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ObjectFactory factory = new ObjectFactory();
        Prototype prototype1 = factory.createObject("1", "data1");
        Prototype prototype2 = factory.createObject("1", "data1");
        // prototype1 和 prototype2 可能来自缓存，提高了性能
    }
}