设计模式-享元模式(FlyWeight)
一、概念
享元模式是对象的结构模式,它以共享的方式高效的支持大量的细粒度对象,减少对象的数量,并达到节约内存的目的。
享元对象能够做到共享的关键,主要是区分了内部状态和外部状态,内部状态是对象是在建立时就已确定了,且它不随环境的改变而有所不同,所以这些内部状态就可以共享,而外部状态是会随着环境的变化而会改变的,不可以共享。所以外部状态必须由客户端保存,当需要时可以传给享元对象。
二、模式动机
当一个系统对于同一个对象类型,有大量的对象实例 ,且这些对象实例里面的状态大部分都可以外部化,而对一些不可变的相同内部状态一组实例,就可以用一个对象代替。这样就可以减少对角的数量,从而达到节约内存目的。
三、模式的结构
角色分析:
FlyWeight:享元接口,通过这个接口Flyweight可以接受并作用于外部状态。通过这个接口传入外部的状态,在享元对象的方法处理过程中可能会使用到这些数据。
ConcreteFlyWeight:具体的享元对象,这些对象必须是可以共享的,需要封装Flyweight的内部状态。
UnsharedConcreteFlyweight:非共享的享元实例对象,并非所有的Flyweight实现对象都需要共享,非共享的享元实现对象通常是共享的享元实例对象的组合。
FlyWeightFactory:主要用来创建并管理共享享元对象,并对外提供访问共享享元对象的接口,它内部往往有一个共享享元对象的实例池,通过这个实例池来实现享元对象的共享。
Client:享元客户端,主要的工作是维持一个对Flyweight对象的引用,通过FlyWeightFactory获取享元对象,并将客户端存储的外部状态作用于享元对象。
代码样例如下:
package flyweight.sample; /** * 抽像享元角色,所有具体享元角色的超类,通过这个角色享元接收并作用于外部状态 * @ClassName: FlyWeight * @author beteman6988 * @date 2018年3月31日 上午7:50:48 * */ public interface FlyWeight { /** * 具体业务逻辑 * @Title: operation * @param @param extrinsicSate 外部状态 * @return void * @throws */ public void operation(String extrinsicSate); } /** * 享元对象:可以共享的享元对象 * @ClassName: ConcreteFlyWeight * @author beteman6988 * @date 2018年3月31日 上午7:56:13 * */ public class ConcreteFlyWeight implements FlyWeight { private String intrinsicState ; //不依赖于环境改变而改变的内部状态 /** * 构造方法,传入享元对象的内部状态 * @param intrinsicState:内部状态 */ public ConcreteFlyWeight(String intrinsicState) { super(); this.intrinsicState = intrinsicState; } /** * 具体业务逻辑 * @Title: operation * @param @param extrinsicSate 外部状态 * @return void * @throws */ @Override public void operation(String extrinsicSate) { //具体业务逻辑 } } import java.util.HashMap; import java.util.Iterator; import java.util.Map; import java.util.Map.Entry; import java.util.Set; /** * 不需要共享的复合享元对象 * * @ClassName: UnsharedConcreteFlyWeight * @author beteman6988 * @date 2018年3月31日 上午8:05:55 * */ public class UnsharedConcreteFlyWeight implements FlyWeight { //享元集合 ,主键:代表共享享元的主键 值:共享享元主键代表的共享享元 private Map<String,FlyWeight> flies = new HashMap<String,FlyWeight>(); /** * 往复合享元对象中添加共享享元 * @Title: add * @param @param intrinsticState:内部状态(不一定必须是内部状态,只要是代表该共享享元的主键即可) * @param @param oneFlyWeight * @return void * @throws */ public void add(String intrinsticState,FlyWeight oneFlyWeight) { this.flies.put(intrinsticState,oneFlyWeight); } /** * 作用于所有无享元的具体业务逻辑 * @Title: operation * @param @param extrinsicSate 外部状态 * @return void * @throws */ @Override public void operation(String extrinsicSate) { //具体业务逻辑 } public String toString() { for(Iterator it=flies.entrySet().iterator();it.hasNext();) { Map.Entry entry=(Entry) it.next(); System.out.println(entry.getValue()); } return null; } } import java.util.HashMap; import java.util.List; import java.util.Map; /** * 提供共享享元对象或复合享元对象的工厂 * * @ClassName: FlyWeightFactory * @author beteman6988 * @date 2018年3月31日 上午8:24:14 * */ public class FlyWeightFactory { // 共享享元的实例池 ,主键:代表共享享元的主键 值:共享享元主键代表的共享享元 private Map<String, FlyWeight> flies = new HashMap<String, FlyWeight>(); /** * 返回共享享元对象的工厂方法 * @Title: factory * @param @param intrinsticState :内部状态 * @param @return * @return FlyWeight :共享享元实例 * @throws */ public FlyWeight factory(String intrinsticState) { // 从实例池获取需要的享元对象 FlyWeight flyWeight = this.flies.get(intrinsticState); if (null == flyWeight) { // 如果获取不到则创建享元对象 flyWeight = new ConcreteFlyWeight(intrinsticState); this.flies.put(intrinsticState, flyWeight); // 将创建的享元对象添加到实例池 } return flyWeight; } /** * 返回不共享的复合享元实例 * @Title: factory * @param @param intrinsticStates * @param @return * @return FlyWeight * @throws */ public FlyWeight factory(List<String> intrinsticStates) { UnsharedConcreteFlyWeight unsharedFlyWeight=new UnsharedConcreteFlyWeight(); //创建不共享的复合享元 for(String intrinsticState:intrinsticStates) { unsharedFlyWeight.add(intrinsticState, this.factory(intrinsticState)); } return unsharedFlyWeight; } } import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class Client { public static void main(String[] args) { FlyWeightFactory factory =new FlyWeightFactory(); List list=new ArrayList(); list.add("a"); list.add("a"); FlyWeight three=factory.factory(list); System.out.println(three); FlyWeight one=factory.factory("a"); FlyWeight two=factory.factory("a"); System.out.println(one); System.out.println(two); } }
代码运行结果如下:
flyweight.sample.ConcreteFlyWeight@15db9742
null
flyweight.sample.ConcreteFlyWeight@15db9742
flyweight.sample.ConcreteFlyWeight@15db9742
通过结果可以看出,三个对象的hashcode相同,说明是同一个对象。
四、模式样例
通过分析Integer.valueOf(int i)来分析JDK(JDK1,8.0.131)享元设计模式,首先分析Integer这个类是否可以做为一个享元的实现类,如下图:
可以看出这个类的内部状态为final的value,且这个值是通过构造函数传入,因为它是final int,所以它的值是不随环境的改变而受到影响的,所以Integer类可以做为享元对象的实现类来使用。
再来看valueOf(int i)函数:
可以看出如果传入的值>=IntegerCache.low且<=IntegerCache.high ,那么就直接从IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)]里直接去取对象,而不是新建对象,从而实现对象的共享。
再来看一下IntegerCache这个类,如下图:
可以看出它是Integer类的一个静态私有内部类,它有一个static final Integer cache[]的成员,且这成员变量在类加载时通过静态初始化块(语句2)将256(从上面的代码可以看出 是从 -128到127 共256个Integer对象)个Integer对象初始化到了cache[]数组里面,只要Integer类通过静态方法public static Integer valueOf(int i) 就可以直接从这个cache[]里面取到对应int值的Integer对象(前提是int i值的范围也是-128到127 ,但是这个缓存数组的大小也是可以改变的,通过语句3 ,在JDK的参数里面设置-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=整数值,就可以改变大小,但是这个值不能小于127,如果小于127会取缺省的127 )。
五、与其它模式的关系
享元模式与单例模式:这两个模式可以组合使用。通常情况下,享元模式中的享元工厂可以实现成为单例模式。
享元模式与组合模式:这两个模式也是可以组合使用的。在享元模式中,存在不需要共享的实现,这些不需要共享的享元通常是对共享的享元对象的组合对象。也就是说,享元模式通常会和组合模式组合使用,来实现更复杂的对象层次结构。
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