12.享元模式

Posted 客官不爱喝酒

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了12.享元模式相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

享元模式

1.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，也希望做这样产品展示网站，但是要求都有些不同：

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

2.传统方案解决网站展现项目

方案描述

  • 直接复制粘贴一份，然后根据客户不同要求，进行定制修改

  • 给每个网站租用一个空间

  • 方案设计示意图
    在这里插入图片描述
    问题分析：传统方案解决网站展现项目

  • 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

  • 对于代码来说， 由于是一份实例，维护和扩展都更加容易

  • 上面的解决思路就可以使用享元模式来解决

3.享元模式基本介绍

  • 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
  • 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

4.享元模式的原理类图

  • FlyWeight 是抽象的享元角色，他是产品的抽象类，定义了对象的外部状态和内部状态(后面介绍) 的接口规范(接口)或默认实现(抽象类)
  • 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方法
  • UnsharedConcreteFlyWeight 是不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂中
  • FlyWeightFactory 是享元工厂类，用于构建池的容器，提供从池中获取对象的相关方法

在这里插入图片描述

5.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

  • 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

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

6.享元模式解决网站展现项目

使用享元模式完成， 前面提出的网站外包问题

在这里插入图片描述
代码实现

  1. WebSite：产品的抽象类，定义了产品对象的内部和外部状态的规范，即前面所说的 FlyWeight
public abstract class WebSite {
	
	public abstract void use(User user);// 抽象方法
	
}
  1. ConcreteWebSite：具体的产品类，继承了 WebSite 抽象类，实现了具体的业务方法，即前面所说的 ConcreteFlyWeight
//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());
	}

}
  1. WebSiteFactory：产品工厂类，生产具体的产品(WebSite 对象)，并构建产品池，即前面所说的 FlyWeightFactory
// 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();
	}
	
}
  1. User：实体类
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;
	}

}
  1. Client：客户端
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("king"));

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

}

总结

  • 利用享元模式，我们能够把外部状态(User)和内部状态(type)分开，对于共享的部分，我们共用即可

  • 比如网站类型(type)不同时，我们才会创建对应的网站实例，再将其放入对象池中，如果网站类型(type)相同，我们直接共享即可(享元)

  • 博客类型相同可以共用，但是我们可以通过传入 User 形参，让不同的使用者，访问同一份博客

7.JDK Interger 源码分析

public class FlyWeightTest {

	public static void main(String[] args) {
		
		// 如果 Integer.valueOf(x) x 在 -128 --- 127 直接，就是使用享元模式返回,如果不在该范围类，则仍然 new

		// 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

		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

	}

}

1.Integer.valueOf()方法：该方法使用享元模式，如果数字范围在 [IntegerCache.low, IntegerCache.high] 之间，则直接返回缓存池中的对象，否则使用 new 的方式创建

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}
  1. IntegerCache用于为 [-128, 127] 数值的缓存池，事先就已经将 cache[] 缓存池创建好了
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.
            }
        }
        high = h;

        cache = new Integer[(high - low) + 1];
        int j = low;
        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() {}
}

8.享元模式的注意事项

  • 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，经常用HashMap存储共享对象
  • 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
  • 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

以上是关于12.享元模式的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

设计模式——12.享元模式

设计模式-12-享元

GO设计模式12享元模式

12 结构型 浅谈享元模式的理解与使用

尚硅谷设计模式学习(12)---[享元模式(Flyweight Pattern)]

设计模式 结构型模式 -- 享元模式（定义 示例 优缺点分析 使用场景）