享元模式

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无场景不设计
有这样的一个项目需求: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:

  1. 有客户要求以新闻的形式发布
  2. 有客户人要求以博客的形式发布
  3. 有客户希望以微信公众号的形式发布

如果是你的话,你会怎么去解决这个需求呢,思考一分钟…….

传统的解决方案:

  1. 直接复制粘贴一份,然后根据客户不同要求,进行定制修改
  2. 给每个网站租用一个空间
  3. 方案设计示意图
享元模式

传统方案解决网站展现项目-问题分析

  1. 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
  2. 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
  3. 对于代码来说,由于是一份实例,维护和扩展都更加容易
  4. 上面的解决思路就可以使用 享元模式 来解决

好了我们直接步入正题…….


享元模式

基本概念

  • 享元模式(FlyWeight Pattern)又叫蝇量模式,运用共享技术有效支撑大量细粒度的对象
  • 常用于系统底层开发,解决系统性能问题。比如:数据库连接池,里面都是创建好的连接对象,在这些对象中有我们需要的则可以直接拿来使用,避免重新创建,如果没有我们需要的,则重新创建一个。
  • 享元模式能够解决重复对象浪费内存的问题,当系统中有大量相似的对象,需要缓冲池。不需要总是创建对象,可以从缓冲池里面拿。这样可以降低系统内存,提高使用效率。
  • 享元模式经典的使用场景就是池技术,String常量池、数据库连接池、缓冲池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。
享元模式

享元模式原理类图

享元模式

对原理图的说明-即(模式的角色及职责)

  • FlyWeight:是一个抽象的享元角色,它是产品的抽象类,同时定义出对象的外部状态内部状态接口或实现。
  • ConcreteFlyWeight是具体的享元角色,是具体的产品类,实现抽象角色定义的相关业务
  • UnSharedConcreteFlyWeight是不可共享的角色,一般不会出现在享元工厂里面
  • FlyWeightFactory 享元工厂类,用于构建于池子容器(集合),同时提供从池中获取对象的方法

上面刚刚有提到外部状态和内部状态,
什么是外部状态内部状态?

比如围棋、五子棋、跳棋,它们都有大量的棋子对象,围棋和五子棋只有黑白两色,跳棋颜色多一 点,所以棋子颜色就是棋子的内部状态;而各个棋子之间的差别就是位置的不同,当我们落子后,落子颜色是定的,但位置是变化的,所以棋子坐标就是棋子的外部状态

  1. 享元模式提出了两个要求:细粒度共享对象。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:内部状态外部状态
  2. 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
  3. 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。

举个例子

围棋理论上有361个空位可以放棋子,每盘棋都有可能有两三百个棋子对 象产生,因为内存空间有限,一台服务器很难支持更多的玩家玩围棋游戏,如果用享元模式来处理棋子,那么棋子对象就可以减少到只有两个实例,这样就很好的解决了对象的开销问题


好了关于享元模式的理论知识就讲到这里了,接下来我们使用享元模式来解决一下针对上面所提到的需求(网站的展现项目)吧。

享元模式的应用实例

享元模式代码

  • WebSite
public abstract class WebSite {

public abstract void use();//抽象方法
}
  • ConcreteWebSite
//具体网站
public class ConcreteWebSite extends WebSite {

//共享的部分,内部状态
private String type = ""; //网站发布的形式(类型)


//构造器
public ConcreteWebSite(String type) {

this.type = type;
}


@Override
public void use() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("网站的发布形式为:" + type + " 在使用中 .. );
}


}
  • WebSiteFactory
// 网站工厂类,根据需要返回压一个网站
public class WebSiteFactory {


//集合, 充当池的作用
private HashMap<String, ConcreteWebSite> pool = new HashMap<>();

//根据网站的类型,返回一个网站, 如果没有就创建一个网站,并放入到池中,并返回
public WebSite getWebSiteCategory(String type) {
if(!pool.containsKey(type)) {
//就创建一个网站,并放入到池中
pool.put(type, new ConcreteWebSite(type));
}

return (WebSite)pool.get(type);
}

//获取网站分类的总数 (池中有多少个网站类型)
public int getWebSiteCount() {
return pool.size();
}
}
  • Client
public class Client {

public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub

// 创建一个工厂类
WebSiteFactory factory = new WebSiteFactory();

// 客户要一个以新闻形式发布的网站
WebSite webSite1 = factory.getWebSiteCategory("新闻");


webSite1.use();

// 客户要一个以博客形式发布的网站
WebSite webSite2 = factory.getWebSiteCategory("博客");

webSite2.use();

// 客户要一个以博客形式发布的网站
WebSite webSite3 = factory.getWebSiteCategory("博客");

webSite3.use();

// 客户要一个以博客形式发布的网站
WebSite webSite4 = factory.getWebSiteCategory("博客");

webSite4.use());

System.out.println("网站的分类共=" + factory.getWebSiteCount());
}

}

截止到上述代码,也简单实现了享元模式,但是缺少了某个元素,不知道有没有发现呢……
其实就是外部状态:我们的用户,因为用户是不一样的。
UML类图

享元模式

根据UML类图我们进行简单地改造一下吧.

  • User
public class User {

private String name;


public User(String name) {
super();
this.name = name;
}

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}


}
  • WebSite
public abstract class WebSite {

public abstract void use(User user);//抽象方法
}
  • ConcreteWebSite
//具体网站
public class ConcreteWebSite extends WebSite {

//共享的部分,内部状态
private String type = ""; //网站发布的形式(类型)


//构造器
public ConcreteWebSite(String type) {

this.type = type;
}


@Override
public void use(User user) {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("网站的发布形式为:" + type + " 在使用中 .. 使用者是" + user.getName());
}


}
  • Client
public class Client {

public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub

// 创建一个工厂类
WebSiteFactory factory = new WebSiteFactory();

// 客户要一个以新闻形式发布的网站
WebSite webSite1 = factory.getWebSiteCategory("新闻");


webSite1.use();

// 客户要一个以博客形式发布的网站
WebSite webSite2 = factory.getWebSiteCategory("博客");

webSite2.use();

// 客户要一个以博客形式发布的网站
WebSite webSite3 = factory.getWebSiteCategory("博客");

webSite3.use();

// 客户要一个以博客形式发布的网站
WebSite webSite4 = factory.getWebSiteCategory("博客");

webSite4.use());

System.out.println("网站的分类共=" + factory.getWebSiteCount());
}

}

讲到这里享元模式的基本概念和实际应用案例到这里就讲完了,不知道是否有理解透彻,为了让大家理解的更加透彻,我来给大家看一下享元模式在JDK源码中的使用

源码解析之享元模式在JDK中的应用

分析源码之前先给大家看一段小案例:

public static void main(String[] args) {

Integer x = Integer.valueOf(127); // 得到 x实例,类型 Integer
Integer y = new Integer(127); // 得到 y 实例,类型 Integer
Integer z = Integer.valueOf(127);//..
Integer w = new Integer(127);

System.out.println(x.equals(y)); // 大小,true
System.out.println(x == y ); // false
System.out.println(x == z ); // true
System.out.println(w == x ); // false
System.out.println(w == y ); // false


Integer x1 = Integer.valueOf(200);
Integer x2 = Integer.valueOf(200);
System.out.println("x1==x2" + (x1 == x2)); // false


}

我相信大家对以上的小案例并不陌生吧,因为这是很基础的面试题

那么我们思考一个问题:

为什么x==z是true呢,它们两个都是通过valueOF返回一个实例,按理说两个实例的地址应该不是一样的为什么会是true呢?我们来看一下valueOf的源码

享元模式

通过源码我们不难看出里面有两种情况:

  1. 如果i的范围大于等于 IntegerCache.low并且i的范围小于等于IntegerCache.high,就会在一个缓冲池cache里面获取,这里low= -128 high= 127
享元模式
  1. 如果不在以上所述的范围内,则会new一个

如果通过 Integer.valueOf(x) 创建, 在  -128 — 127 直接,就是使用享元模式返回,如果不在这个范围内 就创建一个。

小结:

  1. 在valueOf 方法中,先判断值是否在 IntegerCache 中,如果不在,就创建新的Integer(new), 否则,就直接从 缓存池返回
  2. valueOf 方法,就使用到享元模式
  3. 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

享元模式讲到这里,相关的概念、实际应用案例,以及源码分析已经讲完了。我们来简单地总结一下吧。

总结

享元模式的注意事项和细节:

  1. 在享元模式这样理解,“享”就表示共享,“元”表示对象
  2. 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
  3. 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
  4. 享元模式大大减少了对象的创建,降低了程序内存的占用,提高效率
  5. 享元模式提高了系统的复杂度。需要分离出内部状态外部状态,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.
  6. 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。
  7. 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

讲到这里本章节的享元设计模式就已经讲完了。不知小伙伴是否有所收获呢。如果有欢迎点赞关注。

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原文始发于微信公众号(码上遇见你):享元模式

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