结构型模式-享元模式

目录

• 类图
•  代码
• 优点
• 缺点：
• 使用场景：

 

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概述

运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似对象的开销，从而提高系统资源的利用率。

结构

享元（Flyweight）模式中存在以下两种状态

1. 内部状态，即不会随着环境的改变而改变的可共享部分
2. 外部状态，指随着环境变化而变化的不可共享的部分，享元模式的实现要领就是区分应用中的这两种状态，并将外部状态外部化。

享元模式的主要有以下角色

• 抽象享元角色（Flyweight）：通常是一个接口或者抽象类，在抽象享元类中声明了具体享元类公共的方法，这些方法可以向外界提供享元对象的内部数据（内部状态），同时也可以通过这些方法来设置外部数据（外部状态）
• 具体享元（Concrete Flyweight）角色：他实现了抽象享元类，称为享元对象；在具体享元类中为内部状态提供了存储空间，通常我们可以结合单例模式来设计具体享元类，为每一个具体享元类提供唯一的享元对象
• 非享元（Unsharable Flyweight）角色：并不是所有的抽象享元类的子类都需要被共享，不能被共享的子类可以设计为非共享具体享元类；当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建
• 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，享元工厂检查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

案例实现

【例子】俄罗斯方块

下面的图片是众所周知的俄罗斯方块中的一个个方块，如果在俄罗斯方块这个游戏中，每个不同的方块都是一个实例对象，这些对象就要占用很多的内存空间，下面利用享元模式进行实现

 

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类图

 

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 代码

抽象享元角色

//抽象享元角色
public abstract class AbsractBox {

    //获取图形的方法
    public abstract String getShape();

    //显示图形及颜色
    public void display(String color) {
        System.out.println("方块形状" + getShape() + "，颜色 ： " + color);
    }

}

 

图形类

//I图形类
public class IBox extends AbsractBox{
    @Override
    public String getShape() {
        return "I";
    }
}

//L图形类
class LBox extends AbsractBox{
    @Override
    public String getShape() {
        return "L";
    }
}

//O图形类
class OBox extends AbsractBox{
    @Override
    public String getShape() {
        return "O";
    }
}

 

 

//工厂类，将该类设计为单例
public class BoxFactory {

    private HashMap<String, AbsractBox> map;

    //在构造方法中进行初始化操作
    private BoxFactory() {
        map = new HashMap<String, AbsractBox>();
        map.put("I", new IBox());
        map.put("L", new LBox());
        map.put("O", new OBox());
    }

    private static BoxFactory factory = new BoxFactory();

    //提供一个方法过去该工厂类对象
    public static BoxFactory getInstance() {
        return factory;
    }

    //根据名称获取图形对象
    public AbsractBox getShape(String name) {
        return map.get(name);
    }

}

 

 

public static void main(String[] args) {
        AbsractBox i = BoxFactory.getInstance().getShape("I");
        i.display("灰色");

        AbsractBox l = BoxFactory.getInstance().getShape("L");
        l.display("绿色");

        AbsractBox o = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
        o.display("红色");

        AbsractBox o2 = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
        o2.display("灰色");

        System.out.println("两次获取到的O图形对象是否是同一个对象：" + o.equals(o2));

    }

 

 

输出

 

 

优缺点和使用场景

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优点

• 极大减少内存中相似或相同对象数量，节约系统资源，提供系统性能
• 享元模式中的外部状态相对独立，且不影响内部状态

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缺点：

• 为了使对像象可以共享，需要将享元对象的部分状态外部化，分离内部状态和外部状态，使程序逻辑复杂

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使用场景：

• 一个系统有大量相同或者相似的对象，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。
• 在使用享元模式时需要维护一个存储享元对象的享元池，而这需要耗费一定的系统资源，因此，应当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。

 

JDK源码解析

    public static void main(String[] args) {
        Integer i1 = 127;
        Integer i2 = 127;
        System.out.println("11和12对象母否是同一个对象？" + (i1 == i2));
        Integer i3 = 128;
        Integer i4 = 128;
        System.out.println("13和14对象是否是同一个对象？" + (i3 == i4));
    }

 

为什么第一个输出语句输出的是txue，第二个输出语句输出的是false？通过反编译软件进行反编译，代码如下：

 

 

 

 上面代码可以看到，直接给Integer类型的变量赋值基本数据类型数据的操作底层使用的是valueof()，所以只需要看该方法即可

    @HotSpotIntrinsicCandidate
    public static Integer valueOf(int i) {
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
    }

   private static class IntegerCache {
        static final int low = -128;
        static final int high;
        static final Integer[] cache;
        static Integer[] archivedCache;

        static {
            // high value may be configured by property
            int h = 127;
            String integerCacheHighPropValue =
                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;

            // Load IntegerCache.archivedCache from archive, if possible
            VM.initializeFromArchive(IntegerCache.class);
            int size = (high - low) + 1;

            // Use the archived cache if it exists and is large enough
            if (archivedCache == null || size > archivedCache.length) {
                Integer[] c = new Integer[size];
                int j = low;
                for(int k = 0; k < c.length; k++)
                    c[k] = new Integer(j++);
                archivedCache = c;
            }
            cache = archivedCache;
            // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
            assert IntegerCache.high >= 127;
        }

        private IntegerCache() {}
    }

 

 

可以看到Integer默认先创建并缓存-l28~I27之间数的Integer对像，当调用va1ueof时如果参数在-128~127之间侧计算下标并从缓存中返回，否则创建一个新的Integer对象。