Day314.外观模式&享元模式 -Java设计模式

Posted 2021-07-17 阿昌喜欢吃黄桃

外观模式

外观类就是总控开关，去管理聚合的所有类

一、影院管理项目

组建一个家庭影院：

DVD 播放器、投影仪、自动屏幕、环绕立体声、爆米花机,要求完成使用家庭影院的功能，其过程为： 直接用遥控器：统筹各设备开关

开爆米花机放 下 屏 幕 开 投 影 仪 开音响

开 DVD，选 dvd

去拿爆米花调 暗 灯 光 播放

观影结束后，关闭各种设备

二、传统方式解决影院管理

分别定义每个设备的类，然后在主方法按顺序调用打开，或关闭

三、传统方式解决影院管理问题分析

1)在 ClientTest 的 main 方法中，创建各个子系统的对象，并直接去调用子系统(对象)相关方法，会造成调用过程混乱，没有清晰的过程

2)不利于在 ClientTest 中，去维护对子系统的操作

3)解决思路：定义一个高层接口，给子系统中的一组接口提供一个一致的界面(比如在高层接口提供四个方法

ready, play, pause, end )，用来访问子系统中的一群接口

4)也就是说 就是通过定义一个一致的接口(界面类)，用以屏蔽内部子系统的细节，使得调用端只需跟这个接口发生调用，而无需关心这个子系统的内部细节 => 外观模式

四、外观模式基本介绍

基本介绍

• 外观模式（Facade），也叫“过程模式：

外观模式为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，此模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用

• 外观模式通过: 定义一个一致的接口，用以屏蔽内部子系统的细节，使得调用端只需跟这个接口发生调用，而无需关心这个子系统的内部细节

五、外观模式原理类图

• 对类图说明(分类外观模式的角色)

1)外观类(Facade): 为调用端提供统一的调用接口, 外观类知道哪些子系统负责处理请求,从而将调用端的请求代理给适当子系统对象

2)调用者(Client): 外观接口的调用者

3)子系统的集合： 指模块或者子系统，处理 Facade 对象指派的任务，他是功能的实际提供者

六、外观模式解决影院管理

1、传统方式解决影院管理说明

1)外观模式可以理解为转换一群接口，客户只要调用一个接口，而不用调用多个接口才能达到目的。比如：在 pc 上安装软件的时候经常有一键安装选项（省去选择安装目录、安装的组件等等），还有就是手机的重启功能（把关机和启动合为一个操作）。

2)外观模式就是 解决多个复杂接口带来的使用困难，起到简化用户操作的作用

3)示意图说明

2、外观模式应用实例

1)应用实例要求

2)使用外观模式来完成家庭影院项目

3)思路分析和图解

4)代码实现

• 主函数

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //这里直接调用外观类，然后里面的方法已经做好了他的实现
        HomeTheaterFacade homeTheaterFacade = new HomeTheaterFacade(); 
        homeTheaterFacade.ready();
        homeTheaterFacade.play();
        homeTheaterFacade.end();
    }
}

• HomeTheaterFacade外观者类

public class HomeTheaterFacade {
    //定义各个子系统对象，聚合关系
    private TheaterLight theaterLight; 
    private Popcorn popcorn;
    private Stereo stereo; 
    private Projector projector; 
    private Screen screen;
    private DVDPlayer dVDPlayer;

    //构造器
    public HomeTheaterFacade() { 
        super();
        this.theaterLight = TheaterLight.getInstance(); 
        this.popcorn = Popcorn.getInstance(); 
        this.stereo = Stereo.getInstance();
        this.projector = Projector.getInstance();
        this.screen = Screen.getInstance(); 
        this.dVDPlayer = DVDPlayer.getInstanc();
    }

    //操作分成 4  步
    public void ready() { 
        popcorn.on(); 
        popcorn.pop(); 
        screen.down(); 
        projector.on(); 
        stereo.on(); 
        dVDPlayer.on(); 
        theaterLight.dim();
    }

    public void play() { 
        dVDPlayer.play();
    }

    public void pause() { 
        dVDPlayer.pause();
    }

    public void end() { 
        popcorn.off();
        theaterLight.bright(); 
        screen.up(); 
        projector.off(); 
        stereo.off(); 
        dVDPlayer.off();
    }
}

• DVDPlayer

public class DVDPlayer {
    //使用单例模式, 使用饿汉式
    private static DVDPlayer instance = new DVDPlayer();
    
    public static DVDPlayer getInstanc() { 
        return instance;
    }

    public void on() { 
        System.out.println(" dvd on ");
    }
    public void off() { 
        System.out.println(" dvd off ");
    }
    public void play() {
        System.out.println(" dvd is playing ");
    }

    //....
    public void pause() { 
        System.out.println(" dvd pause ..");
    }
}

• Popcorn

public class Popcorn {
    private static Popcorn instance = new Popcorn();

    public static Popcorn getInstance() { 
        return instance;
    }
    
    public void on() {
        System.out.println(" popcorn on ");
    }

    public void off() { 
        System.out.println(" popcorn ff ");
    }

    public void pop() {
        System.out.println(" popcorn is poping	");
    }
}

• Projector

public class Projector {
    private static Projector instance = new Projector();

    public static Projector getInstance() { 
        return instance;
    }

    public void on() {
        System.out.println(" Projector on ");
    }

    public void off() {
        System.out.println(" Projector ff ");
    }

    public void focus() {
        System.out.println(" Projector is Projector	");
    }
    //...
}

• Screen

public class Screen {
    private static Screen instance = new Screen();

    public static Screen getInstance() { 
        return instance;
    }

    public void up() { 
        System.out.println(" Screen up ");
    }

    public void down() { 
        System.out.println(" Screen down ");
    }
}

• Stereo

public class Stereo {
    private static Stereo instance = new Stereo();

    public static Stereo getInstance() { 
        return instance;
    }

    public void on() { 
        System.out.println(" Stereo on ");
    }

    public void off() { 
        System.out.println(" Screen off ");
    }

    public void up() {
        System.out.println(" Screen up.. ");
    }

    //...
}

• TheaterLight

public class TheaterLight {
    private static TheaterLight instance = new TheaterLight();

    public static TheaterLight getInstance() { 
        return instance;
    }

    public void on() {
        System.out.println(" TheaterLight on ");
    }

    public void off() {
        System.out.println(" TheaterLight off ");
    }

    public void dim() {
        System.out.println(" TheaterLight dim.. ");
    }

    public void bright() {
        System.out.println(" TheaterLight bright.. ");
    }
}

七、外观模式的注意事项和细节

1)外观模式对外屏蔽了子系统的细节，因此外观模式降低了客户端对子系统使用的复杂性

2)外观模式对客户端与子系统的耦合关系 - 解耦，让子系统内部的模块更易维护和扩展

3)通过合理的使用外观模式，可以帮我们更好的划分访问的层次

4)当系统需要进行分层设计时，可以考虑使用 Facade 模式

5)在维护一个遗留的大型系统时，可能这个系统已经变得非常难以维护和扩展，此时可以考虑为新系统开发一个Facade 类，来提供遗留系统的比较清晰简单的接口，让新系统与 Facade 类交互，提高复用性

6)不能过多的或者不合理的使用外观模式，使用外观模式好，还是直接调用模块好。要以让系统有层次，利于维护为目的。

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享元模式

一、展示网站项目需求

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：

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

二、传统方案解决网站展现项目

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

三、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

四、享元模式基本介绍

基本介绍

1)享元模式（Flyweight Pattern） 也叫 蝇量模式:

运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象

2)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

3)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

4)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

五、 享元模式的原理类图

• 对类图的说明

对原理图的说明-即(模式的角色及职责)

1)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(后面介绍) 的接口或实现

2)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

3)UnSharedConcreteFlyWeight ：

是不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂。

4)FlyWeightFactory 享元工厂类：

用于构建一个池容器(集合)， 同时提供从池中获取对象方法

六、内部状态和外部状态

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

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。

4)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

七、享元模式解决网站展现项目

1)应用实例要求

使用享元模式完成，前面提出的网站外包问题

2)思路分析和图解(类图)

用户是外部状态；网站的类型是内部状态

3)代码实现

• 主函数

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 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(new User("tom"));
        // 客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite webSite2 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        webSite2.use(new User("jack"));
        // 客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite webSite3 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        webSite3.use(new User("smith"));
        // 客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite webSite4 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        webSite4.use(new User("阿昌"));
        System.out.println("网站的分类共=" + factory.getWebSiteCount());
    }
}

• 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) {
        System.out.println("网站的发布形式为:" + type + " 在使用中 .. 使用者是" + user.getName());
    }
}

• 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抽象类

public abstract class WebSite {
    public abstract void use(User user);//抽象方法
}

• WebSiteFactory工厂

// 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();
    }
}

八、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.

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