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对象的复用。常用于系统底层开发,解决系统性能问题。例如数据库连接池,里面都是创建好的连接对象,如果有我们需要的,直接拿来用,避免重新创建,可以解决重复对象对内存造成浪费的问题。
内部状态和外部状态
享元模式提出了细粒度和共享对象,这里就涉及了内部状态和外部状态的概念,即可以把对象的信息分为两个部分:内部状态和外部状态
内部状态(Intrinsic State):可以共享的相同内容
外部状态(Extrinsic State):需要外部环境来设置的不能共享的内容
举个栗子,围棋理论上有 361 个位置可以放棋子,每盘棋可能会产生两三百个棋子对象,由于内存有限,一台服务器很难支持更多玩家进行围棋对战,如果用享元模式来处理棋子,将棋子的颜色(黑与白)作为内部状态,棋子的位置(不确定)作为外部状态,就可以将棋子对象减少到两个实例(黑棋、白棋),这样就可以很好的解决内存开销问题。
模式结构
- Flyweight:抽象享元类
- ConcreteFlyweight:具体享元类
- UnsharedConcreteFlyweight:非共享具体享元类
- FlyweightFactory:享元工厂类
举例说明
一个开发团队接了这样的项目,客户希望做一个产品展示网站,但网站需要有多种发布形式,每个用户可以以新闻形式发布、以博客形式发布、以微信公众号形式发布...
「抽象享元类」
public abstract class AbstractWebsite {
public abstract void publish(User user);
}
「非共享具体享元类」
public class User {
private String name;
public User(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
}
「具体享元类」
public class ConcreteWebsite extends AbstractWebsite {
/**
* 发布类型
*/
private String type = "";
public ConcreteWebsite(String type) {
this.type = type;
}
/**
* 发布
*/
@Override
public void publish(User user) {
System.out.println("用户「"+user.getName()+"」发布的网站形式为「" + type+"」");
}
}
「享元工厂类」
public class WebsiteFactory {
/**
* 以 HashMap 作为对象池
*/
private Map<String, ConcreteWebsite> pool = new HashMap<>();
/**
* 从对象池中返回指定类型的对象,没有则创建
*/
public AbstractWebsite getWebsite(String type) {
if (!pool.containsKey(type)) {
pool.put(type, new ConcreteWebsite(type));
}
return pool.get(type);
}
/**
* 计算对象池中对象的个数
*/
public int count() {
return pool.size();
}
}
「测试类」
public class Client {
@Test
public void test(){
WebsiteFactory factory = new WebsiteFactory();
AbstractWebsite website1 = factory.getWebsite("新闻");
website1.publish(new User("张三"));
website1.publish(new User("李四"));
AbstractWebsite website2 = factory.getWebsite("博客");
website2.publish(new User("王五"));
website2.publish(new User("赵六"));
AbstractWebsite website3 = factory.getWebsite("公众号");
website3.publish(new User("陈七"));
website3.publish(new User("胡八"));
System.out.println("对象的个数:" + factory.count());
}
}
「运行结果」
用户「张三」发布的网站形式为「新闻」
用户「李四」发布的网站形式为「新闻」
用户「王五」发布的网站形式为「博客」
用户「赵六」发布的网站形式为「博客」
用户「陈七」发布的网站形式为「公众号」
用户「胡八」发布的网站形式为「公众号」
对象的个数:3
享元模式在Integer中的应用
首先我们看一段代码,运行结果是什么?
public class IntegerSource {
public static void main(String[] args) {
Integer v1 = 127;
Integer v2 = 127;
System.out.println("v1等于v2? " + (v1 == v2));
Integer v3 = 128;
Integer v4 = 128;
System.out.println("v3等于v4? " + (v3 == v4));
}
}
答案
v1等于v2? true
v3等于v4? false
分析:查看 Integer 源码,找到 valueOf
方法,可以看到,如果 i
在某个范围内,就不会产生新的对象,直接从缓存数组中获取,点进 IntegerCache
里就会发现 low = -128
high = 127
,因此,我们可以理解为这个数组就是「内部状态」
public static Integer valueOf(int i) {
//low = -128 , high = 127
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
//IntegerCache.cache是一个常量数组:static final Integer cache[];
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
模式分析
优点:
-
可以极大减少内存中对象的数量,使得相同对象或相似对象在内存中只保存一份。
-
享元模式的外部状态相对独立,而且不会影响其内部状态,从而使得享元对象可以在不同的环境中被共享。
缺点:
- 享元模式使得系统更加复杂,需要分离出内部状态和外部状态,这使得程序的逻辑复杂化。
- 为了使对象可以共享,享元模式需要将享元对象的状态外部化,而读取外部状态使得运行时间变长。
适用场景:
-
一个系统有大量相同或者相似的对象,由于这类对象的大量使用,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。
-
使用享元模式需要维护一个存储享元对象的享元池,而这需要耗费资源,因此,应当在多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。