【设计模式从入门到精通】10-享元模式

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笔记来源:尚硅谷Java设计模式(图解+框架源码剖析)

[TOC]

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

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

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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

2、享元模式基本介绍

  • 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

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3、享元模式的原理类图

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对原理图的说明——即模式的角色和职责

  • 1)Flyweight:抽象的享元角色,是抽象的产品类,同时定义出对象的外部状态内部状态的接口和实现
  • 2)ConcreteFlyweight: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
  • 3)UnsharedConcreteFlyweight:不可共享的角色,一般不会出现在享元工厂中
  • 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的方法

4、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。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

举个例子:围模理论上有 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模游戏。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

5、享元模式解决网站展现项目

原理类图

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UML 类图

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核心代码

/**
 * 内部状态,共享角色
 */
public enum Type {
    新闻,
    博客,
    微信公众号
}
/**
 * 外部状态,非共享角色
 */
public class User {
    private String name;

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

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
/**
 * 抽象的享元角色
 */
public abstract class Website {
    public abstract void use(User user);
}
/**
 * 具体的享元角色
 */
public class ConcreteWebsite extends Website {
    private Type type;

    public ConcreteWebsite(Type type) {
        this.type = type;
    }

    @Override
    public void use(User user) {
        System.out.println("网站正在使用中:类型为" + type.name() + ",使用者为" + user.getName());
    }
}
/**
 * 享元工厂类
 */
public class WebsiteFactory {
    private static Map<Type, Website> pool = new HashMap<>();

    public static Website getWebsiteCategory(Type type) {
        if (pool.get(type) == null) {
            pool.put(type, new ConcreteWebsite(type));
        }
        return pool.get(type);
    }

    public static Integer getSize() {
        return pool.size();
    }
}

测试

Website newsWebsite = WebsiteFactory.getWebsiteCategory(Type.新闻);
newsWebsite.use(new User("Tom"));
Website blogWebsite1 = WebsiteFactory.getWebsiteCategory(Type.博客);
blogWebsite1.use(new User("Jerry"));
Website blogWebsite2 = WebsiteFactory.getWebsiteCategory(Type.博客);
blogWebsite2.use(new User("John"));
Website blogWebsite3 = WebsiteFactory.getWebsiteCategory(Type.博客);
blogWebsite3.use(new User("Smith"));
Website wxWebsite = WebsiteFactory.getWebsiteCategory(Type.微信公众号);
wxWebsite.use(new User("Mack"));
System.out.println(WebsiteFactory.getSize());
//网站正在使用中:类型为新闻,使用者为Tom
//网站正在使用中:类型为博客,使用者为Jerry
//网站正在使用中:类型为博客,使用者为John
//网站正在使用中:类型为博客,使用者为Smith
//网站正在使用中:类型为微信公众号,使用者为Mack
//3

6、Integer 源码分析

首先先看一段代码测试

Integer x = Integer.valueOf(127);
Integer y = new Integer(127);
Integer z = Integer.valueOf(127);
Integer w = new Integer(127);
System.out.println(x.equals(y)); // 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

我们知道:equals比较的是对象的内容,==比较的是对象的实例

  • x.equals(y)结果为true:比较的是大小,所以结果为true
  • x == yw == xw == y结果为false:由于 y 是 new 出来的,所以结果为false
  • x == z结果为true这是为什么呢???

我们追踪一下Integer对象的valueOf方法,看一下源码

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这里的lowhigh是多少呢?

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我们通过IntegerCache中源码大概基本分析出

  • low-128
  • high127

所以当Integer[-128, 127]时,会返回IntegerCachecache[]数组内容;否则,valueOf方法相当于new Integer

也就是说,Integer.valueOf(x)方法使用的就是享元模式

另外,我们也可以分析出:

  • 当数值范围在[-128, 127]时,使用valueOf方法执行速度比new更快

7、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