享元模式
2022年5月16日
享元模式
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：
- 有客户要求以新闻的形式发布
- 有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
传统方案解决网站展现项目
- 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
传统方案解决网站展现项目-问题分析
- 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
- 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
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
uml类图
说明
- 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和内部状态的接口和实现。
- 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。
- UnsharedConcreteFlyweight：不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂中。
- 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。
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。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
享元模式解决展示网站项目
uml类图
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();
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
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());
}
}
Integer 源码分析
先看一段代码
public class test {
public static void main(String[] args) {
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
}
}
我们知道：equals比较的是对象的内容，==比较的是对象的内存地址
但是为何x == z也是true？原因：Integer.valueOf()方法使用了享元模式
这里可以看到，当i在[-128,127]之间时，采用享元模式，取IntegerCache.cache中的值，但是当i不在这个区间时，则new Integer(i);
因此如下但输出为false
public class test2 {
public static void main(String[] args) {
Integer x = Integer.valueOf(222);
Integer y = Integer.valueOf(222);
System.out.println(x==y);//false
}
}
总结
- 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