【设计模式自习室】享元模式 Flyweight Pattern：减少对象数量

墨蓝 2023-07-01 08:30 1阅读 0赞

![format_png][]

## 前言 ##

《设计模式自习室》系列，顾名思义，本系列文章带你温习常见的设计模式。主要内容有：

*  该模式的**介绍**，包括：
    
     *  引子、意图（大白话解释）
     *  类图、时序图（理论规范）
 *  该模式的**代码示例**：熟悉该模式的代码长什么样子
 *  该模式的**优缺点**：模式不是万金油，不可以滥用模式
 *  该模式的**应用案例**：了解它在哪些重要的源码中被使用

该系列会逐步更新于我的博客和公众号（博客见文章底部），也希望各位观众老爷能够关注我的个人公众号：**后端技术漫谈**，不会错过精彩好看的文章。

### 系列文章回顾 ###

*  [【设计模式自习室】开篇：为什么我们要用设计模式？][Link 1]
 *  [【设计模式自习室】建造者模式][Link 2]
 *  [【设计模式自习室】原型模式][Link 3]
 *  [【设计模式自习室】透彻理解单例模式][Link 4]
 *  [【设计模式自习室】理解工厂模式的三种形式][Link 5]
 *  [【设计模式自习室】适配器模式][Link 6]
 *  [【设计模式自习室】装饰模式][Link 7]
 *  [【设计模式自习室】桥接模式 Bridge Pattern：处理多维度变化][Bridge Pattern]
 *  [【设计模式自习室】门面模式 Facade Pattern][Facade Pattern]

## 结构型——享元模式 Flyweight Pattern ##

### 引子 ###

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。

在享元模式中通常会出现工厂模式，**需要创建一个享元工厂来负责维护一个享元池**(Flyweight Pool)用于存储具有相同内部状态的享元对象。

**最经典的享元模式代码:**

class FlyweightFactory {
    
        //定义一个HashMap用于存储享元对象，实现享元池
        private HashMap flyweights = newHashMap();
        
        public Flyweight getFlyweight(String key){
        
            //如果对象存在，则直接从享元池获取
            if(flyweights.containsKey(key)){
                return(Flyweight)flyweights.get(key);
            }
            
            //如果对象不存在，先创建一个新的对象添加到享元池中，然后返回
            else {
                Flyweight fw = newConcreteFlyweight();
                flyweights.put(key,fw);
                return fw;
            }
        }
    }

### 定义 ###

> 运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。系统只使用少量的对象，而这些对象都很相似，状态变化很小，可以实现对象的多次复用。由于享元模式要求能够共享的对象必须是细粒度对象，因此它又称为轻量级模式，它是一种对象结构型模式。

两个概念：

*  内部状态：在享元对象内部不随外界环境改变而改变的共享部分。
 *  外部状态：随着环境的改变而改变，不能够共享的状态就是外部状态。

**在享元类中要将内部状态和外部状态分开处理，通常将内部状态作为享元类的成员变量，而外部状态通过注入的方式添加到享元类中。**

### 类图 ###

如果看不懂UML类图，可以先粗略浏览下该图，想深入了解的话，可以继续谷歌，深入学习：

![format_png 1][]

享元模式包含如下角色：

*  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

![format_png 2][]

### 时序图 ###

时序图（Sequence Diagram）是显示对象之间交互的图，这些对象是按时间顺序排列的。时序图中显示的是参与交互的对象及其对象之间消息交互的顺序。

我们可以大致浏览下时序图，如果感兴趣的小伙伴可以去深究一下：

![format_png 3][]

### 代码实现 ###

代码参考：

https://www.cnblogs.com/chenssy/p/3330555.html

假设：我们有一个绘图的应用程序，通过它我们可以出绘制各种各样的形状、颜色的图形，那么这里形状和颜色就是**内部状态**了，通过享元模式我们就可以实现该属性的共享了。

抽象享元类Flyweight：绘制图像的抽象方法

public abstract class Shape {
        public abstract void draw();
    }

具体享元类ConcreteFlyweight：例子中则是一种绘制某种图像（圆形）的具体实现类，里面的颜色则是一个可以共享的内部对象。

public class Circle extends Shape{
        private String color;
        public Circle(String color){
            this.color = color;
        }
    
        public void draw() {
            System.out.println("画了一个" + color +"的圆形");
        }
        
    }

享元工厂类FlyweightFactory：

**利用了HashMap保存已经创建的颜色**

public class FlyweightFactory{
        static Map<String, Shape> shapes = new HashMap<String, Shape>();
        
        public static Shape getShape(String key){
            Shape shape = shapes.get(key);
            //如果shape==null,表示不存在,则新建,并且保持到共享池中
            if(shape == null){
                shape = new Circle(key);
                shapes.put(key, shape);
            }
            return shape;
        }
        
        public static int getSum(){
            return shapes.size();
        }
    }

客户端调用：

调用相同颜色时，会直接从HashMap中取那个颜色的对象，而不会重复创建相同颜色的对象。

public class Client {
        public static void main(String[] args) {
            Shape shape1 = FlyweightFactory.getShape("红色");
            shape1.draw();
            
            Shape shape2 = FlyweightFactory.getShape("灰色");
            shape2.draw();
            
            Shape shape3 = FlyweightFactory.getShape("绿色");
            shape3.draw();
            
            Shape shape4 = FlyweightFactory.getShape("红色");
            shape4.draw();
            
            Shape shape5 = FlyweightFactory.getShape("灰色");
            shape5.draw();
            
            Shape shape6 = FlyweightFactory.getShape("灰色");
            shape6.draw();
            
            System.out.println("一共绘制了"+FlyweightFactory.getSum()+"中颜色的圆形");
        }
    }

### 使用场景举例 ###

如果一个系统中存在大量的相同或者相似的对象，由于这类对象的大量使用，会造成系统内存的耗费，可以使用享元模式来减少系统中对象的数量。

#### Integer 中的享元模式 ####

public static void main(String[] args) {
            Integer i1 = 12 ;
            Integer i2 = 12 ;
            System.out.println(i1 == i2);
    
            Integer b1 = 128 ;
            Integer b2 = 128 ;
            System.out.println(b1 == b2);
        }

输出是

true
    false

在Java中，Integer是有缓存池的，缓存了-128~127的int对象

IntegerCache 缓存类：

//是Integer内部的私有静态类,里面的cache[]就是jdk事先缓存的Integer。
    private static class IntegerCache {
        static final int low = -128;//区间的最低值
        static final int high;//区间的最高值，后面默认赋值为127，也可以用户手动设置虚拟机参数
        static final Integer cache[]; //缓存数组
    
        static {
            // high value may be configured by property
            int h = 127;
            //这里可以在运行时设置虚拟机参数来确定h  :-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=250
            String integerCacheHighPropValue =
                sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
            if (integerCacheHighPropValue != null) {//用户设置了
                int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                i = Math.max(i, 127);//虽然设置了但是还是不能小于127
                // 也不能超过最大值
                h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
            }
            high = h;
    
            cache = new Integer[(high - low) + 1];
            int j = low;
            //循环将区间的数赋值给cache[]数组
            for(int k = 0; k < cache.length; k++)
                cache[k] = new Integer(j++);
        }
    
        private IntegerCache() {}
    }

#### 其他 ####

同理，Long也有缓存池。

String类定义为final（不可改变的），JVM中字符串一般保存在字符串常量池中，java会确保一个字符串在常量池中只有一个拷贝，这个字符串常量池在JDK6.0以前是位于常量池中，位于永久代，而在JDK7.0中，JVM将其从永久代拿出来放置于堆中。

详细可参考：

http://laijianfeng.org/2018/09/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F-%E4%BA%AB%E5%85%83%E6%A8%A1%E5%BC%8F%E5%8F%8A%E5%85%B8%E5%9E%8B%E5%BA%94%E7%94%A8/

### 优缺点 ###

#### 优点 ####

*  享元模式的优点在于它能够极大的**减少系统中对象的个数**。
 *  享元模式由于使用了外部状态，外部状态相对独立，不会影响到内部状态，所以享元模式使得享元对象能够在不同的环境被共享。

#### 缺点 ####

*  由于享元模式需要区分外部状态和内部状态，使得应用程**序在某种程度上来说更加复杂化**了。

## 参考 ##

*  《HEAD FIRST设计模式》
 *  https://design-patterns.readthedocs.io/zh\_CN/latest/structural\_patterns/flyweight.html
 *  https://www.cnblogs.com/chenssy/p/3330555.html
 *  http://laijianfeng.org/2018/09/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F-%E4%BA%AB%E5%85%83%E6%A8%A1%E5%BC%8F%E5%8F%8A%E5%85%B8%E5%9E%8B%E5%BA%94%E7%94%A8/

# 关注我 #

我是一名后端开发工程师。

主要关注后端开发，数据安全，爬虫，物联网，边缘计算等方向，欢迎交流。

### 各大平台都可以找到我 ###

*  **微信公众号：后端技术漫谈**
 *  Github：[@qqxx6661][qqxx6661]
 *  CSDN：[@后端技术漫谈][Link 8]
 *  知乎：[@后端技术漫谈][Link 9]
 *  简书：[@后端技术漫谈][Link 10]
 *  掘金：[@后端技术漫谈][Link 11]

### 原创博客主要内容 ###

*  Java面试知识点复习全手册
 *  设计模式/数据结构 自习室
 *  Leetcode/剑指offer 算法题解析
 *  SpringBoot/SpringCloud菜鸟入门实战系列
 *  爬虫相关技术文章
 *  后端开发相关技术文章
 *  逸闻趣事/好书分享/个人兴趣

### 个人公众号：后端技术漫谈 ###

![公众号：后端技术漫谈.jpg][.jpg]

**如果文章对你有帮助，不妨收藏，投币，转发，在看起来~**

[format_png]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAyMC8xLzE5LzE2ZmJkZjM4YmNjOTQyYjg?x-oss-process=image/format,png
[Link 1]: https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/103655091
[Link 2]: https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/103687437
[Link 3]: https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/103703300
[Link 4]: https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/103734115
[Link 5]: https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/103812506
[Link 6]: https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/103839005
[Link 7]: https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/103847437
[Bridge Pattern]: https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/104010114
[Facade Pattern]: https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/104029094
[format_png 1]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAyMC8xLzE5LzE2ZmJkZjNmNThmNzI2Y2M?x-oss-process=image/format,png
[format_png 2]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAyMC8xLzE5LzE2ZmJkZjQwZmM5MTY1ZmQ?x-oss-process=image/format,png
[format_png 3]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAyMC8xLzE5LzE2ZmJkZjQzYzIzNjNlMWI?x-oss-process=image/format,png
[qqxx6661]: https://github.com/qqxx6661
[Link 8]: http://blog.csdn.net/qqxx6661
[Link 9]: https://www.zhihu.com/people/yang-zhen-dong-1/
[Link 10]: https://www.jianshu.com/u/b5f225ca2376
[Link 11]: https://juejin.im/user/5b48015ce51d45191462ba55
[.jpg]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly91c2VyLWdvbGQtY2RuLnhpdHUuaW8vMjAyMC8xLzEzLzE2ZjlmNzVjMzI2ZThhODk?x-oss-process=image/format,png