第 14 章享元模式

悠悠 2022-12-08 12:59 113阅读 0赞

# 第 14 章 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.  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

## 2、传统方案解决网站展现项目 ##

方案描述

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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问题分析：传统方案解决网站展现项目

1.  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
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

## 3、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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代码示例

String s = "hello";
    String s2 = new String("hello");

内存结构

![image-20200826004156454][]

## 4、享元模式的原理类图 ##

1.  `FlyWeight` 是抽象的享元角色，他是产品的抽象类，定义了对象的外部状态和内部状态(后面介绍) 的接口规范(接口)或默认实现(抽象类)
2.  `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方法
3.  `UnsharedConcreteFlyWeight` 是不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂中
4.  `FlyWeightFactory` 是享元工厂类，用于构建池的容器，提供从池中获取对象的相关方法

![image-20200826004646649][]

## 5、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。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
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

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举个例子：围棋理论上有`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棋游戏，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

## 6、享元模式解决网站展现项目 ##

应用实例要求

使用享元模式完成， 前面提出的网站外包问题

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类图

![image-20200827160516709][]

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代码实现

1.  `WebSite`：产品的抽象类，定义了产品对象的内部和外部状态的规范，即前面所说的 `FlyWeight`
    
        public abstract class WebSite {
              
        	
        	public abstract void use(User user);// 抽象方法
        	
        }
2.  `ConcreteWebSite`：具体的产品类，继承了 `WebSite` 抽象类，实现了具体的业务方法，即前面所说的 `ConcreteFlyWeight`
    
        //具体网站
        public class ConcreteWebSite extends WebSite {
              
        
        	// 共享的部分，内部状态
        	private String type = ""; // 网站发布的形式(类型)
        
        	// 构造器
        	public ConcreteWebSite(String type) {
              
        		this.type = type;
        	}
        
        	@Override
        	public void use(User user) {
              
        		System.out.println("网站的发布形式为:" + type + " 在使用中 .. 使用者是" + user.getName());
        	}
        
        }
3.  `WebSiteFactory`：产品工厂类，生产具体的产品(`WebSite` 对象)，并构建产品池，即前面所说的 `FlyWeightFactory`
    
        // 网站工厂类，根据需要返回压一个网站
        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，并放入到池中,并返回
        	public WebSite getWebSiteCategory(String type) {
              
        		if (!pool.containsKey(type)) {
              
        			// 就创建一个网站，并放入到池中
        			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();
        	}
        	
        }
4.  `User`：实体类
    
        public class User {
              
        
        	private String name;
        
        	public User(String name) {
              
        		super();
        		this.name = name;
        	}
        
        	public String getName() {
              
        		return name;
        	}
        
        	public void setName(String name) {
              
        		this.name = name;
        	}
        
        }
5.  `Client`：客户端
    
        public class Client {
              
        
        	public static void main(String[] args) {
              
        
        		// 创建一个工厂类
        		WebSiteFactory factory = new WebSiteFactory();
        
        		// 客户要一个以新闻形式发布的网站
        		WebSite webSite1 = factory.getWebSiteCategory("新闻");
        		webSite1.use(new User("tom"));
        
        		// 客户要一个以博客形式发布的网站
        		WebSite webSite2 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        		webSite2.use(new User("jack"));
        
        		// 客户要一个以博客形式发布的网站
        		WebSite webSite3 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        		webSite3.use(new User("smith"));
        
        		// 客户要一个以博客形式发布的网站
        		WebSite webSite4 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        		webSite4.use(new User("king"));
        
        		System.out.println("网站的分类个数=" + factory.getWebSiteCount());
        		
        	}
        
        }

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总结

1.  利用享元模式，我们能够把外部状态(`User`)和内部状态(`type`)分开，对于共享的部分，我们共用即可
2.  比如网站类型(`type`)不同时，我们才会创建对应的网站实例，再将其放入对象池中，如果网站类型(`type`)相同，我们直接共享即可(享元)
3.  博客类型相同可以共用，但是我们可以通过传入 `User` 形参，让不同的使用者，访问同一份博客

## 7、JDK Interger 源码分析 ##

代码

public class FlyWeight {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		
    		// 如果 Integer.valueOf(x) x 在 -128 --- 127 直接，就是使用享元模式返回,如果不在该范围类，则仍然 new
    
    		// 小结:
    		// 1. 在valueOf 方法中，先判断值是否在 IntegerCache 中，如果不在，就创建新的Integer(new), 否则，就直接从 缓存池返回
    		// 2. valueOf 方法，就使用到享元模式
    		// 3. 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 x = Integer.valueOf(127); // 得到 x实例，类型 Integer
    		Integer y = new Integer(127); // 得到 y 实例，类型 Integer
    		Integer z = Integer.valueOf(127);// ..
    		Integer w = new Integer(127);
    		
    		System.out.println(x.equals(y)); // 大小，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
    
    		Integer x1 = Integer.valueOf(200);
    		Integer x2 = Integer.valueOf(200);
    		System.out.println("x1==x2=" + (x1 == x2)); // false
    
    	}
    
    }

> 源码追踪

1.  `Integer.valueOf()` 方法：该方法使用享元模式，如果数字范围在 `[IntegerCache.low, IntegerCache.high]` 之间，则直接返回缓存池中的对象，否则使用 `new` 的方式创建
    
        public static Integer valueOf(int i) {
              
            if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
                return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
            return new Integer(i);
        }
2.  `IntegerCache` 用于为 `[-128, 127]` 数值的缓存池，事先就已经将 `cache[]` 缓存池创建好了
    
        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.
                    }
                }
                high = h;
        
                cache = new Integer[(high - low) + 1];
                int j = low;
                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() {
              }
        }

## 8、享元模式的注意事项 ##

> 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，经常用`HashMap`存储共享对象
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

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[image-20200826004156454]: /images/20221123/dcf8c09441b54e78b98c4393d1a317a7.png
[image-20200826004646649]: /images/20221123/a2f7a476c255417da3a87a6a2fbc57c1.png
[image-20200827160516709]: /images/20221123/5d67f4e8699f472bba04c43d45518458.png