Flyweight

享元模式是一种结构型设计模式，它摒弃了在每个对象中保存所有数据的方式，通过共享多个对象所共有的相同状态，让你能在有限的内存容量中载入更多对象。

亦称： 缓存、Cache、Flyweight

对象的常量数据通常被称为内在状态，其位于对象中，其他对象只能读取但不能修改其数值。而对象的其他状态常常能被其他对象 “从外部” 改变，因此被称为外在状态。

享元模式建议不在对象中存储外在状态，而是将其传递给依赖于它的一个特殊方法。程序只在对象中保存内在状态，以方便在不同情景下重用。这些对象的区别仅在于其内在状态（与外在状态相比，内在状态的变体要少很多），因此你所需的对象数量会大大削减。

享元与不可变性

由于享元对象可在不同的情景中使用，你必须确保其状态不能被修改。享元类的状态只能由构造函数的参数进行一次性初始化，它不能对其他对象公开其设置器或公有成员变量。

享元工厂

为了能更方便地访问各种享元，你可以创建一个工厂方法来管理已有享元对象的缓存池。工厂方法从客户端处接收目标享元对象的内在状态作为参数，如果它能在缓存池中找到所需享元，则将其返回给客户端；如果没有找到，它就会新建一个享元，并将其添加到缓存池中。

你可以选择在程序的不同地方放入该函数。最简单的选择就是将其放置在享元容器中。除此之外，你还可以新建一个工厂类，或者创建一个静态的工厂方法并将其放入实际的享元类中。

享元模式在核心 Java 程序库中的示例：

java.lang.Integer#valueOf(int) （以及 Boolean、 Byte、 Character、Short、 Long 和 BigDecimal）

识别方法： 享元可以通过构建方法来识别，它会返回缓存对象而不是创建新的对象。

享元模式结构

样例

本例中，我们将渲染一片森林（1,000,000 棵树）！每棵树都由包含一些状态的对象来表示（坐标和纹理等）。尽管程序能够完成其主要工作，但很显然它需要消耗大量内存。

原因很简单：太多树对象包含重复数据（名称、纹理和颜色）。因此我们可用享元模式来将这些数值存储在单独的享元对象中（ TreeType类）。现在我们不再将相同数据存储在数千个 Tree对象中，而是使用一组特殊的数值来引用其中一个享元对象。

客户端代码不会知道任何事情，因为重用享元对象的复杂机制隐藏在了享元工厂中。

tree

package structural.flyweight;

import java.awt.*;

/**
 * 包含每棵树的独特状态
 */
public class Tree {

    private int x;
    private int y;
    private TreeType type;

    public Tree(int x, int y, TreeType type) {
        this.x = x;
        this.y = y;
        this.type = type;
    }

    public void draw(Graphics g) {
        type.draw(g, x, y);
    }
}




package structural2.flyweight;

import java.awt.*;

/**
 * 包含多棵树共享的状态
 */
public class TreeType {

    private String name;
    private Color color;
    private String otherTreeData;

    public TreeType(String name, Color color, String otherTreeData) {
        this.name = name;
        this.color = color;
        this.otherTreeData = otherTreeData;
    }

    public void draw(Graphics g, int x, int y) {
        g.setColor(Color.BLACK);
        g.fillRect(x - 1, y, 3, 5);
        g.setColor(color);
        g.fillOval(x - 5, y - 10, 10, 10);
    }
}

享元工厂

package structural.flyweight;

import java.awt.*;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * 封装创建享元的复杂机制
 */
public class TreeFactory {
    static Map<String, TreeType> treeTypeMap = new HashMap<>();

    public static TreeType getTreeType(String name, Color color, String otherTreeData) {
        TreeType result = treeTypeMap.get(name);
        if (result == null) {
            result = new TreeType(name, color, otherTreeData);
            treeTypeMap.put(name, result);
        }
        return result;
    }
}

森林

package structural.flyweight;

import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 森林
 */
public class Forest extends JFrame {
    private List<Tree> trees = new ArrayList<>();

    public void plantTree(int x, int y, String name, Color color, String otherTreeData) {
        TreeType treeType = TreeFactory.getTreeType(name, color, otherTreeData);
        Tree tree = new Tree(x, y, treeType);
        trees.add(tree);
    }

    @Override
    public void paint(Graphics graphics) {
        for (Tree tree : trees) {
            tree.draw(graphics);
        }
    }
}

测试

package structural2.flyweight;

import java.awt.*;

public class Demo {
    private static int CANVAS_SIZE = 500;
    private static int TREES_TO_DRAW = 1000000;
    private static int TREE_TYPES = 2;

    public static void main(String[] args) {
        Forest forest = new Forest();
        for (int i = 0; i < Math.floor(TREES_TO_DRAW / TREE_TYPES); i++) {
            forest.plantTree(random(0, CANVAS_SIZE), random(0, CANVAS_SIZE),
                    "Summer Oak", Color.GREEN, "Oak texture stub");
            forest.plantTree(random(0, CANVAS_SIZE), random(0, CANVAS_SIZE),
                    "Autumn Oak", Color.ORANGE, "Autumn Oak texture stub");
        }
        forest.setSize(CANVAS_SIZE, CANVAS_SIZE);
        forest.setVisible(true);

        System.out.println(TREES_TO_DRAW + " trees drawn");
        System.out.println("---------------------");
        System.out.println("Memory usage:");
        System.out.println("Tree size (8 bytes) * " + TREES_TO_DRAW);
        System.out.println("+ TreeTypes size (~30 bytes) * " + TREE_TYPES + "");
        System.out.println("---------------------");
        System.out.println("Total: " + ((TREES_TO_DRAW * 8 + TREE_TYPES * 30) / 1024 / 1024) +
                "MB (instead of " + ((TREES_TO_DRAW * 38) / 1024 / 1024) + "MB)");
    }

    private static int random(int min, int max) {
        return min + (int) (Math.random() * ((max - min) + 1));
    }
}

/**
 *1000000 trees drawn
 * ---------------------
 * Memory usage:
 * Tree size (8 bytes) * 1000000
 * + TreeTypes size (~30 bytes) * 2
 * ---------------------
 * Total: 7MB (instead of 36MB)
 */

适用场景

仅在程序必须支持大量对象且没有足够的内存容量时使用享元模式。

应用该模式所获的收益大小取决于使用它的方式和情景。它在下列情况中最有效：

程序需要生成数量巨大的相似对象
这将耗尽目标设备的所有内存
对象中包含可抽取且能在多个对象间共享的重复状态。

实现方式

将需要改写为享元的类成员变量拆分为两个部分：
- 内在状态：包含不变的、可在许多对象中重复使用的数据的成员变量。
- 外在状态：包含每个对象各自不同的情景数据的成员变量
保留类中表示内在状态的成员变量，并将其属性设置为不可修改。这些变量仅可在构造函数中获得初始数值。
找到所有使用外在状态成员变量的方法，为在方法中所用的每个成员变量新建一个参数，并使用该参数代替成员变量。
你可以有选择地创建工厂类来管理享元缓存池，它负责在新建享元时检查已有的享元。如果选择使用工厂，客户端就只能通过工厂来请求享元，它们需要将享元的内在状态作为参数传递给工厂。
客户端必须存储和计算外在状态（情景）的数值，因为只有这样才能调用享元对象的方法。为了使用方便，外在状态和引用享元的成员变量可以移动到单独的情景类中。

posted @ 2021-01-20 00:20 花染梦阅读(177) 评论(0) 编辑收藏举报

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