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11.java设计模式之享元模式

开发技术 开发技术 1周前 (11-19) 8次浏览

基本需求:

  • 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
  • 每个客户要求发布的方式不一样,A要求以新闻的方式发布,B要求以博客的方式发布,C要求以公众号的方式发布,并且多个发布人可能选择用同一种方式发布

传统方案:

  • 直接复制A客户的网站,在其上按照B的要求修改,定制化,给每个网站都租用一个空间
  • 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

基本介绍:

  • 享元模式(Flyweight)也叫’蝇量模式’,主要用于减少创建对象的数量,以减少内存占用和提高性能。这种类型的设计模式属于结构型模式,它提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式。享元模式尝试重用现有的同类对象,如果未找到匹配的对象,则创建新对象,有匹配的对象,则直接使用

  • 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象,主要解决:在有大量对象时,有可能会造成内存溢出,我们把其中共同的部分抽象出来,如果有相同的业务请求,直接返回在内存中已有的对象,避免重新创建

  • 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

  • UML类图(原理)

    • 11.java设计模式之享元模式
    • 说明
      • 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的接口或实现
        • 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
        • 例如:下五子棋,围棋等,使用的棋子就可以用享元模式定义,棋子的颜色就是内部状态(两种颜色不会改变),棋子在棋盘的位置随选手的落子而决定就是外部状态;
          • 可在棋子类 创建两个属性 一个颜色,一个位置,落子时每次在工厂获取的都是同一个对象,只不过位置属性的值不同而已,达到了这两个棋子对象的复用
      • 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(一般也不会出现)
      • FlyWeightFactory 享元工厂类,内部构建一个池容器(集合),同时提供从池中获取对象方法
  • UML类图(案例)

    • 11.java设计模式之享元模式

    • 说明

      • WebSite有不同的发布状态,用type表示,也就是其内部状态,ConcreteWebSite为其实现类,具体的享元角色
      • User为外部状态,不同的User可以用相同的方式去发布WebSite
      • WebSiteFactory为工厂类,用于维护WebSite池
    • 代码实现

      • public abstract class WebSite {
        
           // 享元抽象类
        
           // 此属性为内部状态,发布的形式只有几种,新闻,博客,公众号
           protected String type;
        
           public WebSite(String type) {
               this.type = type;
           }
        
           // 使用User类作为外部状态,不同的User可以发布同一形式的网站(实际使用的是同一WebSite对象)达到了对象的复用
           public abstract void use(User user);
        
        }
        
        // 具体的享元类
        class ConcreteWebSite extends WebSite{
        
           // 具体的享元产品
        
           public ConcreteWebSite(String type) {
               super(type);
           }
        
           @Override
           public void use(User user) {
               System.out.println(user.getName() + "用" + this.type + "形式发布了网站");
           }
        
        }
        
      • @Data
        @AllArgsConstructor
        public class User {
        
           // WebSite的外部状态
           private String name;
        
        }
        
      • public class WebSiteFactory {
        
           // 享元工厂类,内部维护享元产品池
        
           private Map<String, WebSite> webSiteMap = new HashMap<>();
        
           public WebSite getWebSiteCategory(String type) {
               if (!webSiteMap.containsKey(type)) {
                   // 池中没有,创建新的享元产品维护到池中,返回新创建的享元产品
                   webSiteMap.put(type, new ConcreteWebSite(type));
               }
               return webSiteMap.get(type);
           }
        
           // 获取池中享元产品的数量
           public int getWebSiteCount() {
               return webSiteMap.size();
           }
        
        }
        
      • public class Client {
           public static void main(String[] args) {
               WebSiteFactory webSiteFactory = new WebSiteFactory();
               WebSite webSite1 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("新闻");
               webSite1.use(new User("张三"));
               WebSite webSite2 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("博客");
               webSite2.use(new User("李四"));
               WebSite webSite3 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("公众号");
               webSite3.use(new User("王五"));
               WebSite webSite4 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("新闻");
               webSite4.use(new User("王五"));
               System.out.println("池中享元对象的数量为:" + webSiteFactory.getWebSiteCount()); // 3 个
               System.out.println(webSite1 == webSite4); // true 其实通过享元工厂获取的是同一个对象
           }
        }
        
        

jdk源码:

  • 在jdk源码的Integer类中就使用到了享元模式,Integer.valueOf()方法,在-128-127之间返回的都是同一个Integer的缓存对象

  • public class Client {
       public static void main(String[] args) {
           // Integer类中就使用到了享元模式,Integer.valueOf()方法,在-128-127之间返回的都是同一个Integer的缓存对象
           // 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 w = Integer.valueOf(127);
           Integer x = new Integer(127);
           Integer y = Integer.valueOf(127);
           Integer z = new Integer(127);
           System.out.println(w == x); // false
           System.out.println(w == y); // true
           System.out.println(x == z); // false new出来肯定不一样 在堆内存进行分配
       }
    }
    
  • // 源码部分
    public class Integer {
       
       ......
    public static Integer valueOf(int i) {
           // 调用该方法在-128-127内就返回缓存对象,使用的享元模式
           if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
               return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
           return new Integer(i);
       }
       ......
           
       // 静态内部类 IntegerCache 
       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.
                   }
               }
               // 为Integer.high赋值
               high = h;
    
               cache = new Integer[(high - low) + 1];
               int j = low;
               // 循环创建Integer对象,并放入缓冲池,此处缓冲池使用的是数组
               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() {}
       }
       
    }
    

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,用 HashMap/HashTable 存储,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

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