你必须要了解的23种设计模式之享元模式

享元模式

• 基本介绍

  • 享元模式也叫蝇量模式：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的对象，需要缓冲池时。不需总是创建对象，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。

• 原理类图

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  • 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（变化的比如棋子的位置等）和内部状态（稳定的，比如棋子的颜色等）的接口或实现。

  • ConcreteFlyWeight是具体的享元角色，是具体的产品类，实现抽象角色定义相关业务。

  • UnSharedConcreteFlyWeight是不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂。

  • 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。

• 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以来的一个标记，是随着环境改变而改变、不可共享的状态。

• 示例：

  • 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。

    • 有客户要求以新闻的形式发布。
    • 有客户要求以博客的形式发布

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  • 抽象的网站类

  • public abstract class WebSite {
        public abstract void use(User user);
    }
    

  • 真实的网站类

  • public class ConcreteWebSite extends WebSite {
        //网站发布的形式（类型）
        private String type="";
    
        public ConcreteWebSite(String type) {
            this.type = type;
        }
    
        @Override
        public void use(User user) {
            System.out.println("网站发布的形式"+type+"在使用中--使用者是"+user.getName());
        }
    }
    

  • 网站工厂（享元工厂）

  • //网站工厂类,根据需要返回一个网站
    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，并放入池中，并返回。
        public WebSite getWebSiteCategory(String type){
            if(!pool.containsKey(type)){
                //创建一个并放入池中
                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();
        }
    }
    

  • 使用者类

  • 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;
        }
    }
    

  • 顾客：

  • public class Client {
        public static void main(String[] args) {
            //创建一个工厂类
            WebSiteFactory webSiteFactory=new WebSiteFactory();
    
            //客户要一个以新闻形式发布的网站
            WebSite webSite1=webSiteFactory.getWebSiteCategory("新闻");
            webSite1.use(new User("木子1"));
            //客户1要一个以博客形式发布的网站
            WebSite webSite2=webSiteFactory.getWebSiteCategory("博客");
            webSite2.use(new User("木子2"));
            //客户2要一个以博客形式发布的网站
            WebSite webSite3=webSiteFactory.getWebSiteCategory("博客");
            webSite3.use(new User("木子3"));
    
            System.out.println("网站数量"+webSiteFactory.getWebSiteCount());
        }
    }
    

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• 享元模式的注意事项和细节

  • 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，用HashMap/HashTable存储。
  • 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