2022-07-31 23:23阅读: 47评论: 1推荐: 0

23种设计模式之享元模式

  • 模式的结构
    • 模式的实现


      Java技术债务

      概述

      享元模式(Flyweight Pattern) 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,通常与工厂模式一起使用。

      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。我们将通过创建 5 个对象来画出 20 个分布于不同位置的圆来演示这种模式。由于只有 5 种可用的颜色,所以 color 属性被用来检查现有的 Circle 对象。

      享元模式优缺点

      享元模式的主要优点是相同对象只要保存一份,这降低了系统中对象的数量,从而降低了系统中细粒度对象给内存带来的压力。

      主要缺点是

      1. 为了使对象可以共享,需要将一些不能共享的状态外部化,这将增加程序的复杂性。
      2. 读取享元模式的外部状态会使得运行时间稍微变长。

      享元模式的结构与实现

      享元模式的定义提出了两个要求,细粒度和共享对象。

      因为要求细粒度,所以不可避免地会使对象数量多且性质相近,此时我们就将这些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,存储在享元信息内部,并且不回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,随环境的改变而改变,不可共享。

      比如,连接池中的连接对象,保存在连接对象中的用户名、密码、连接URL等信息,在创建对象的时候就设置好了,不会随环境的改变而改变,这些为内部状态。而当每个连接要被回收利用时,我们需要将它标记为可用状态,这些为外部状态。

      享元模式的本质是缓存共享对象,降低内存消耗。

      模式的结构

      享元模式的主要角色有如下。

      1. 抽象享元角色(Flyweight):是所有的具体享元类的基类,为具体享元规范需要实现的公共接口,非享元的外部状态以参数的形式通过方法传入。
      2. 具体享元(Concrete Flyweight)角色:实现抽象享元角色中所规定的接口。
      3. 非享元(Unsharable Flyweight)角色:是不可以共享的外部状态,它以参数的形式注入具体享元的相关方法中。
      4. 享元工厂(Flyweight Factory)角色:负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时,享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象,如果存在则提供给客户;如果不存在的话,则创建一个新的享元对象。

      模式的实现

      我们将创建一个 Shape 接口和实现了 Shape 接口的实体类 Circle。下一步是定义工厂类 ShapeFactory

      ShapeFactory 有一个 CircleHashMap,其中键名为 Circle 对象的颜色。无论何时接收到请求,都会创建一个特定颜色的圆。ShapeFactory 检查它的 HashMap 中的 circle 对象,如果找到 Circle 对象,则返回该对象,否则将创建一个存储在 hashmap 中以备后续使用的新对象,并把该对象返回到客户端。

      FlyWeightPatternDemo 类使用 ShapeFactory 来获取 Shape 对象。它将向 ShapeFactory 传递信息(red / green / blue/ black / white),以便获取它所需对象的颜色。

      在这里插入图片描述

      public interface Shape {
         void draw();
      }
      
      public class Circle implements Shape {
         private String color;
         private int x;
         private int y;
         private int radius;
       
         public Circle(String color){
            this.color = color;     
         }
       
         public void setX(int x) {
            this.x = x;
         }
       
         public void setY(int y) {
            this.y = y;
         }
       
         public void setRadius(int radius) {
            this.radius = radius;
         }
       
         @Override
         public void draw() {
            System.out.println("Circle: Draw() [Color : " + color 
               +", x : " + x +", y :" + y +", radius :" + radius);
         }
      }
      
      //创建一个工厂,生成基于给定信息的实体类的对象。
      import java.util.HashMap;
       
      public class ShapeFactory {
         private static final HashMap<String, Shape> circleMap = new HashMap<>();
       
         public static Shape getCircle(String color) {
            Circle circle = (Circle)circleMap.get(color);
       
            if(circle == null) {
               circle = new Circle(color);
               circleMap.put(color, circle);
               System.out.println("Creating circle of color : " + color);
            }
            return circle;
         }
      }
      
      //使用该工厂,通过传递颜色信息来获取实体类的对象。
      public class FlyweightPatternDemo {
         private static final String colors[] = 
            { "Red", "Green", "Blue", "White", "Black" };
         public static void main(String[] args) {
       
            for(int i=0; i < 20; ++i) {
               Circle circle = 
                  (Circle)ShapeFactory.getCircle(getRandomColor());
               circle.setX(getRandomX());
               circle.setY(getRandomY());
               circle.setRadius(100);
               circle.draw();
            }
         }
         private static String getRandomColor() {
            return colors[(int)(Math.random()*colors.length)];
         }
         private static int getRandomX() {
            return (int)(Math.random()*100 );
         }
         private static int getRandomY() {
            return (int)(Math.random()*100);
         }
      }
      

      结果如下:

      Creating circle of color : Black
      Circle: Draw() [Color : Black, x : 36, y :71, radius :100
      Creating circle of color : Green
      Circle: Draw() [Color : Green, x : 27, y :27, radius :100
      Creating circle of color : White
      Circle: Draw() [Color : White, x : 64, y :10, radius :100
      Creating circle of color : Red
      Circle: Draw() [Color : Red, x : 15, y :44, radius :100
      Circle: Draw() [Color : Green, x : 19, y :10, radius :100
      Circle: Draw() [Color : Green, x : 94, y :32, radius :100
      Circle: Draw() [Color : White, x : 69, y :98, radius :100
      Creating circle of color : Blue
      Circle: Draw() [Color : Blue, x : 13, y :4, radius :100
      Circle: Draw() [Color : Green, x : 21, y :21, radius :100
      Circle: Draw() [Color : Blue, x : 55, y :86, radius :100
      Circle: Draw() [Color : White, x : 90, y :70, radius :100
      Circle: Draw() [Color : Green, x : 78, y :3, radius :100
      Circle: Draw() [Color : Green, x : 64, y :89, radius :100
      Circle: Draw() [Color : Blue, x : 3, y :91, radius :100
      Circle: Draw() [Color : Blue, x : 62, y :82, radius :100
      Circle: Draw() [Color : Green, x : 97, y :61, radius :100
      Circle: Draw() [Color : Green, x : 86, y :12, radius :100
      Circle: Draw() [Color : Green, x : 38, y :93, radius :100
      Circle: Draw() [Color : Red, x : 76, y :82, radius :100
      Circle: Draw() [Color : Blue, x : 95, y :82, radius :100
      

      总结

      优点: 大大减少对象的创建,降低系统的内存,使效率提高。

      缺点: 提高了系统的复杂度,需要分离出外部状态和内部状态,而且外部状态具有固有化的性质,不应该随着内部状态的变化而变化,否则会造成系统的混乱。

      使用场景

      • 系统有大量相似对象。
      • 需要缓冲池的场景。

      注意事项

      • 注意划分外部状态和内部状态,否则可能会引起线程安全问题。
      • 这些类必须有一个工厂对象加以控制。

      更多请移驾。。。

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      本文作者:Java技术债务
      原文链接:https://www.cuizb.top/myblog/article/1658846198
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