深入理解设计模式-享元模式

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

文章目录


一、定义

运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似对象的开销,从而提高系统资源的利用率。

享元(Flyweight )模式中存在以下两种状态:

  • 内部状态,即不会随着环境的改变而改变的可共享部分。
  • 外部状态,指随环境改变而改变的不可以共享的部分。享元模式的实现要领就是区分应用中的这两种状态,并将外部状态外部化。

享元模式的主要有以下角色:

  • 抽象享元角色(Flyweight):通常是一个接口或抽象类,在抽象享元类中声明了具体享元类公共的方法,这些方法可以向外界提供享元对象的内部数据(内部状态),同时也可以通过这些方法来设置外部数据(外部状态)。
  • 具体享元(Concrete Flyweight)角色 :它实现了抽象享元类,称为享元对象;在具体享元类中为内部状态提供了存储空间。通常我们可以结合单例模式来设计具体享元类,为每一个具体享元类提供唯一的享元对象。
  • 非享元(Unsharable Flyweight)角色 :并不是所有的抽象享元类的子类都需要被共享,不能被共享的子类可设计为非共享具体享元类;当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建。
  • 享元工厂(Flyweight Factory)角色 :负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时,享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象,如果存在则提供给客户;如果不存在的话,则创建一个新的享元对象。

二、使用场景

  • 一个系统有大量相同或者相似的对象,造成内存的大量耗费。
  • 对象的大部分状态都可以外部化,可以将这些外部状态传入对象中。
  • 在使用享元模式时需要维护一个存储享元对象的享元池,而这需要耗费一定的系统资源,因此,应当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。

三、代码样例

1.类图

下面的图片是众所周知的俄罗斯方块中的一个个方块,如果在俄罗斯方块这个游戏中,每个不同的方块都是一个实例对象,这些对象就要占用很多的内存空间,下面利用享元模式进行实现。

2.抽象享元角色

/**
 * @Description: 抽象享元角色
 */
public abstract class AbstractBox 

    /**
     * 获取图形的方法
     * @return
     */
    public abstract String getShape();

    /**
     * 显示图形及颜色
     * @param color
     */
    public void display(String color) 
        System.out.println("方块形状:" + getShape() + ", 颜色:" + color);
    

3.具体享元角色

/**
 * @Description: I图形类(具体享元角色)
 */
public class IBox extends AbstractBox 

    @Override
    public String getShape() 
        return "I";
    


/**
 * @Description: L图形类(具体享元角色)
 */
public class LBox extends AbstractBox 

    @Override
    public String getShape() 
        return "L";
    

/**
 * @Description: O图形类(具体享元角色)
 */
public class OBox extends AbstractBox 

    @Override
    public String getShape() 
        return "O";
    

3.享元工厂

/**
 * @Description: 工厂类,将该类设计为单例
 */
public class BoxFactory 

    private HashMap<String,AbstractBox> map;

    /**
     * 在构造方法中进行初始化操作
     */
    private BoxFactory() 
        map = new HashMap<String, AbstractBox>();
        map.put("I",new IBox());
        map.put("L",new LBox());
        map.put("O",new OBox());
    

    /**
     * 提供一个方法获取该工厂类对象
     * @return
     */
    public static BoxFactory getInstance() 
        return factory;
    

    private static BoxFactory factory = new BoxFactory();

    /**
     * 根据名称获取图形对象
     * @param name
     * @return
     */
    public AbstractBox getShape(String name) 
        return map.get(name);
    


4.享元客户端

/**
 * @Description: 享元模式客户端
 */
public class Client 
    public static void main(String[] args) 
        //获取I图形对象
        AbstractBox box1 = BoxFactory.getInstance().getShape("I");
        box1.display("灰色");

        //获取L图形对象
        AbstractBox box2 = BoxFactory.getInstance().getShape("L");
        box2.display("绿色");

        //获取O图形对象
        AbstractBox box3 = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
        box3.display("灰色");

        //获取O图形对象
        AbstractBox box4 = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
        box4.display("红色");

        System.out.println("两次获取到的O图形对象是否是同一个对象:" + (box3 == box4));
    

5.输出


四、优缺点

优点:

  • 极大减少内存中相似或相同对象数量,节约系统资源,提供系统性能
  • 享元模式中的外部状态相对独立,且不影响内部状态

缺点:

  • 为了使对象可以共享,需要将享元对象的部分状态外部化,分离内部状态和外部状态,使程序逻辑复杂

五、拓展延伸

1.JDK源码解析

Integer类使用了享元模式。我们先看下面的例子:

public class Demo 
    public static void main(String[] args) 
        Integer i1 = 127;
        Integer i2 = 127;System.out.println("i1和i2对象是否是同一个对象?" + (i1 == i2));Integer i3 = 128;
        Integer i4 = 128;System.out.println("i3和i4对象是否是同一个对象?" + (i3 == i4));
    

运行上面代码,结果如下:

为什么第一个输出语句输出的是true,第二个输出语句输出的是false?通过反编译软件进行反编译,代码如下:

public class Demo 
    public static void main(String[] args) 
        Integer i1 = Integer.valueOf((int)127);
        Integer i2 Integer.valueOf((int)127);
        System.out.println((String)new StringBuilder().append((String)"i1\\u548ci2\\u5bf9\\u8c61\\u662f\\u5426\\u662f\\u540c\\u4e00\\u4e2a\\u5bf9\\u8c61\\uff1f").append((boolean)(i1 == i2)).toString());
        Integer i3 = Integer.valueOf((int)128);
        Integer i4 = Integer.valueOf((int)128);
        System.out.println((String)new StringBuilder().append((String)"i3\\u548ci4\\u5bf9\\u8c61\\u662f\\u5426\\u662f\\u540c\\u4e00\\u4e2a\\u5bf9\\u8c61\\uff1f").append((boolean)(i3 == i4)).toString());
    

上面代码可以看到,直接给Integer类型的变量赋值基本数据类型数据的操作底层使用的是 valueOf() ,所以只需要看该方法即可

public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> 
    
    public static Integer valueOf(int i) 
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
    
    
    private static class IntegerCache 
        static final int low = -128;
        static final int high;
        static final Integer cache[];static 
            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) 
                
            
            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() 
    

可以看到 Integer 默认先创建并缓存 -128 ~ 127 之间数的 Integer 对象,当调用 valueOf 时如果参数在 -128 ~ 127 之间则计算下标并从缓存中返回,否则创建一个新的 Integer 对象。


结尾

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设计模式理解结构型——享元(Flyweight)

12 结构型 浅谈享元模式的理解与使用