11.java设计模式之享元模式

11.java设计模式之享元模式
基本需求
- 小型的外包项目，给客户A做一个产品展示网站，客户A的朋友感觉效果不错，也希望做这样的产品展示网站，但是要求都有些不同
- 每个客户要求发布的方式不一样，A要求以新闻的方式发布，B要求以博客的方式发布，C要求以公众号的方式发布，并且多个发布人可能选择用同一种方式发布
传统方案
- 直接复制A客户的网站，在其上按照B的要求修改，定制化，给每个网站都租用一个空间
- 需要的网站结构相似度很高，而且都不是高访问量网站，如果分成多个虚拟空间来处理，相当于一个相同网站的实例对象很多，造成服务器的资源浪费
- 解决思路：整合到一个网站中，共享其相关的代码和数据，对于硬盘、内存、CPU、数据库空间等服务器资源都可以达成共享，减少服务器资源
基本介绍
- 享元模式（Flyweight）也叫'蝇量模式',主要用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能。这种类型的设计模式属于结构型模式，它提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式。享元模式尝试重用现有的同类对象，如果未找到匹配的对象，则创建新对象，有匹配的对象，则直接使用
- 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象，主要解决：在有大量对象时，有可能会造成内存溢出，我们把其中共同的部分抽象出来，如果有相同的业务请求，直接返回在内存中已有的对象，避免重新创建
- 常用于系统底层开发，解决系统的性能问题。像数据库连接池，里面都是创建好的连接对象，在这些连接对象中有我们需要的则直接拿来用，避免重新创建，如果没有我们需要的，则创建一个
- 享元模式能够解决重复对象的内存浪费的问题，当系统中有大量相似对象，需要缓冲池时。不需总是创建新对象，可以从缓冲池里拿。这样可以降低系统内存，同时提高效率
- 享元模式经典的应用场景就是池技术了，String 常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用，享元模式是池技术的重要实现方式
- UML类图(原理)
  - 说明
    
    FlyWeight 是抽象的享元角色, 他是产品的抽象类, 同时定义出对象的外部状态和内部状态的接口或实现
    
    享元模式提出了两个要求：细粒度和共享对象。这里就涉及到内部状态和外部状态了，即将对象的信息分为两个部分：内部状态和外部状态
    
    内部状态指对象共享出来的信息，存储在享元对象内部且不会随环境的改变而改变
    
    外部状态指对象得以依赖的一个标记，是随环境改变而改变的、不可共享的状态
    
    例如：下五子棋，围棋等，使用的棋子就可以用享元模式定义，棋子的颜色就是内部状态（两种颜色不会改变），棋子在棋盘的位置随选手的落子而决定就是外部状态；
    
    可在棋子类创建两个属性一个颜色，一个位置，落子时每次在工厂获取的都是同一个对象，只不过位置属性的值不同而已，达到了这两个棋子对象的复用
    
    ConcreteFlyWeight 是具体的享元角色，是具体的产品类，实现抽象角色定义相关业务
    
    UnSharedConcreteFlyWeight 是不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂（一般也不会出现）
    
    FlyWeightFactory 享元工厂类，内部构建一个池容器(集合)，同时提供从池中获取对象方法
- UML类图（案例）
  - 说明
    
    WebSite有不同的发布状态，用type表示，也就是其内部状态，ConcreteWebSite为其实现类，具体的享元角色
    
    User为外部状态，不同的User可以用相同的方式去发布WebSite
    
    WebSiteFactory为工厂类，用于维护WebSite池
  - 代码实现
    
    public abstract class WebSite { // 享元抽象类 // 此属性为内部状态，发布的形式只有几种，新闻，博客，公众号 protected String type; public WebSite(String type) { this.type = type; } // 使用User类作为外部状态，不同的User可以发布同一形式的网站（实际使用的是同一WebSite对象）达到了对象的复用 public abstract void use(User user); } // 具体的享元类 class ConcreteWebSite extends WebSite{ // 具体的享元产品 public ConcreteWebSite(String type) { super(type); } @Override public void use(User user) { System.out.println(user.getName() + "用" + this.type + "形式发布了网站"); } }
    
    @Data @AllArgsConstructor public class User { // WebSite的外部状态 private String name; }
    
    public class WebSiteFactory { // 享元工厂类，内部维护享元产品池 private Map<String, WebSite> webSiteMap = new HashMap<>(); public WebSite getWebSiteCategory(String type) { if (!webSiteMap.containsKey(type)) { // 池中没有，创建新的享元产品维护到池中，返回新创建的享元产品 webSiteMap.put(type, new ConcreteWebSite(type)); } return webSiteMap.get(type); } // 获取池中享元产品的数量 public int getWebSiteCount() { return webSiteMap.size(); } }
    
    public class Client { public static void main(String[] args) { WebSiteFactory webSiteFactory = new WebSiteFactory(); WebSite webSite1 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("新闻"); webSite1.use(new User("张三")); WebSite webSite2 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("博客"); webSite2.use(new User("李四")); WebSite webSite3 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("公众号"); webSite3.use(new User("王五")); WebSite webSite4 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("新闻"); webSite4.use(new User("王五")); System.out.println("池中享元对象的数量为：" + webSiteFactory.getWebSiteCount()); // 3 个 System.out.println(webSite1 == webSite4); // true 其实通过享元工厂获取的是同一个对象 } }
jdk源码
- 在jdk源码的Integer类中就使用到了享元模式，Integer.valueOf()方法，在-128-127之间返回的都是同一个Integer的缓存对象
- public class Client { public static void main(String[] args) { // Integer类中就使用到了享元模式，Integer.valueOf()方法，在-128-127之间返回的都是同一个Integer的缓存对象 // 如果使用 valueOf 方法得到一个 Integer 实例，范围在 -128 - 127 ，执行速度比 new 快 Integer w = Integer.valueOf(127); Integer x = new Integer(127); Integer y = Integer.valueOf(127); Integer z = new Integer(127); System.out.println(w == x); // false System.out.println(w == y); // true System.out.println(x == z); // false new出来肯定不一样在堆内存进行分配 } }
- // 源码部分 public class Integer { ...... public static Integer valueOf(int i) { // 调用该方法在-128-127内就返回缓存对象，使用的享元模式 if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high) return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)]; return new Integer(i); } ...... // 静态内部类 IntegerCache private static class IntegerCache { static final int low = -128; static final int high; static final Integer cache[]; static { // high value may be configured by property int h = 127; String integerCacheHighPropValue = sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high"); if (integerCacheHighPropValue != null) { try { int i = parseInt(integerCacheHighPropValue); i = Math.max(i, 127); // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1); } catch( NumberFormatException nfe) { // If the property cannot be parsed into an int, ignore it. } } // 为Integer.high赋值 high = h; cache = new Integer[(high - low) + 1]; int j = low; // 循环创建Integer对象，并放入缓冲池，此处缓冲池使用的是数组 for(int k = 0; k < cache.length; k++) cache[k] = new Integer(j++); // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7) assert IntegerCache.high >= 127; } private IntegerCache() {} } }
注意事项
- 在享元模式这样理解，“享”就表示共享，“元”表示对象系统中有大量对象，这些对象消耗大量内存，并且对象的状态大部分可以外部化时，我们就可以考虑选用享元模式
- 用唯一标识码判断，如果在内存中有，则返回这个唯一标识码所标识的对象，用 HashMap/HashTable 存储，大大减少了对象的创建，降低了程序内存的占用，提高效率
- 享元模式提高了系统的复杂度。需要分离出内部状态和外部状态，而外部状态具有固化特性，不应该随着内部状态的改变而改变，这是我们使用享元模式需要注意的地方
- 使用享元模式时，注意划分内部状态和外部状态，并且需要有一个工厂类加以控制
- 享元模式经典的应用场景是需要缓冲池的场景，比如 String 常量池、数据库连接池
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原文地址：https://www.cnblogs.com/xiaokantianse/p/14007446.html

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