设计模式（十二）——享元模式（Integer缓冲池源码分析）

2021 年 2 月 5 日
筆記
Java设计模式

1 展示网站项目需求

小型的外包项目，给客户 A 做一个产品展示网站，客户 A 的朋友感觉效果不错，也希望做这样的产品展示网站，但是要求都有些不同：

1) 有客户要求以新闻的形式发布

2) 有客户人要求以博客的形式发布

3) 有客户希望以微信公众号的形式发布

2 传统方案解决网站展现项目

1) 直接复制粘贴一份，然后根据客户不同要求，进行定制修改

2) 给每个网站租用一个空间

3) 方案设计示意图

3 传统方案解决网站展现项目-问题分析

1) 需要的网站结构相似度很高，而且都不是高访问量网站，如果分成多个虚拟空间来处理，相当于一个相同网站的实例对象很多，造成服务器的资源浪费

2) 解决思路：整合到一个网站中，共享其相关的代码和数据，对于硬盘、内存、CPU、数据库空间等服务器资源都可以达成共享，减少服务器资源

3) 对于代码来说，由于是一份实例，维护和扩展都更加容易

4) 上面的解决思路就可以使用享元模式来解决

4 享元模式基本介绍

基本介绍

1) 享元模式（Flyweight Pattern）也叫蝇量模式: 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象

2) 常用于系统底层开发，解决系统的性能问题。像数据库连接池，里面都是创建好的连接对象，在这些连接对象中有我们需要的则直接拿来用，避免重新创建，如果没有我们需要的，则创建一个

3) 享元模式能够解决重复对象的内存浪费的问题，当系统中有大量相似对象，需要缓冲池时。不需总是创建新对象，可以从缓冲池里拿。这样可以降低系统内存，同时提高效率

4) 享元模式经典的应用场景就是池技术了，String 常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用，享元模式是池技术的重要实现方式

5 享元模式的原理类图

对类图的说明

对原理图的说明-即(模式的角色及职责)

1) FlyWeight 是抽象的享元角色, 他是产品的抽象类, 同时定义出对象的外部状态和内部状态(后面介绍) 的接口或实现

2) ConcreteFlyWeight 是具体的享元角色，是具体的产品类，实现抽象角色定义相关业务

3) UnSharedConcreteFlyWeight 是不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂。

4) FlyWeightFactory 享元工厂类，用于构建一个池容器(集合)，同时提供从池中获取对象方法

6 内部状态和外部状态

比如围棋、五子棋、跳棋，它们都有大量的棋子对象，围棋和五子棋只有黑白两色，跳棋颜色多一点，所以棋子颜色就是棋子的内部状态；而各个棋子之间的差别就是位置的不同，当我们落子后，落子颜色是定的，但位置是变化的，所以棋子坐标就是棋子的外部状态

1) 享元模式提出了两个要求：细粒度和共享对象。这里就涉及到内部状态和外部状态了，即将对象的信息分为两个部分：内部状态和外部状态

2) 内部状态指对象共享出来的信息，存储在享元对象内部且不会随环境的改变而改变

3) 外部状态指对象得以依赖的一个标记，是随环境改变而改变的、不可共享的状态。

4) 举个例子：围棋理论上有 361 个空位可以放棋子，每盘棋都有可能有两三百个棋子对象产生，因为内存空间有限，一台服务器很难支持更多的玩家玩围棋游戏，如果用享元模式来处理棋子，那么棋子对象就可以减少到只有两个实例，这样就很好的解决了对象的开销问题

7 享元模式解决网站展现项目

1) 应用实例要求

使用享元模式完成，前面提出的网站外包问题

2) 思路分析和图解(类图)

WebSite 类

package com.lin.flyweight;

public abstract class WebSite {

    public abstract void use(User user);
}

//共享的部分，内部状态


class ConcreteWebSite extends WebSite{
    
    private String type = "";

    
    public ConcreteWebSite(String type) {
        super();
        this.type = type;
    }


    @Override
    public void use(User user) {

        System.out.println("网站的发布形式为：" + type + " " + user.getName() + " 正在使用中....");
    }
}

WebSiteFactory 类

package com.lin.flyweight;

import java.util.HashMap;

public class WebSiteFactory {

    // 集合充当池的作用
    private HashMap<String, ConcreteWebSite> pool = new HashMap<String, ConcreteWebSite>();
    
    // 根据网站的类型返回一个网站，如果没有就创建一个网站，并放入到池中，并返回
    
    public WebSite getWebSiteCategory(String type) {
        if(!pool.containsKey(type)) {
            pool.put(type, new ConcreteWebSite(type));
        }
        return (WebSite)pool.get(type);
    }
    // 获取网站分类的总数
    public int getWebSiteCount() {
        return pool.size();
    }
}

Client 类

package com.lin.flyweight;

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        WebSiteFactory webSiteFactory = new WebSiteFactory();
        User user1 = new User("Tom");
        User user2 = new User("Jack");
        
        // 新闻类网站
        WebSite webSiteCategory = webSiteFactory.getWebSiteCategory("新闻");
        webSiteCategory.use(user1);
        // 博客类网站
        WebSite webSiteCategory1 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("博客");
        webSiteCategory1.use(user1);
        // 商城类网站
        WebSite webSiteCategory2 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("商城");
        webSiteCategory2.use(user1);
        // 博客类网站
        WebSite webSiteCategory3 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("博客");
        webSiteCategory3.use(user2);
        
        int webSiteCount = webSiteFactory.getWebSiteCount();
        System.out.println(webSiteCount);
        
    }
}

User 类

package com.lin.flyweight;
// 外部状态
public class User {

    private String name;

    public User(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    

    
}

8 享元模式在 JDK-Interger 的应用源码分析

1) Integer 中的享元模式

2)代码分析

代码说明：

package com.lin.flyweight;

public class FlyWeight {


public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
//如果  Integer.valueOf(x) x 在    -128 --- 127 直接，就是使用享元模式返回,如果不在
//范围类，则仍然 new

//小结:
//1. 在 valueOf 方法中，先判断值是否在 IntegerCache 中，如果不在，就创建新的 Integer(new),  否则，就直接从 缓存池返回
//2. valueOf 方法，就使用到享元模式
//3. 如果使用 valueOf 方法得到一个 Integer 实例，范围在 -128 - 127  ，执行速度比 new 快



Integer x = Integer.valueOf(127); // 得到 x 实例，类型 
Integer Integer y = new Integer(127); // 得 到 y 实 例 ， 类 型 
Integer Integer z = Integer.valueOf(127);//..
Integer w = new Integer(127);

System.out.println(x.equals(y)); // 大小，true 
System.out.println(x == y ); //    false 
System.out.println(x == z ); // true 
System.out.println(w == x ); // false 
System.out.println(w == y ); // false



Integer x1 = Integer.valueOf(200); Integer x2 = Integer.valueOf(200);


System.out.println("x1==x2" + (x1 == x2)); // false
}
}

9 享元模式的注意事项和细节

1) 在享元模式这样理解，“享”就表示共享，“元”表示对象

2) 系统中有大量对象，这些对象消耗大量内存，并且对象的状态大部分可以外部化时，我们就可以考虑选用享元模式

3) 用唯一标识码判断，如果在内存中有，则返回这个唯一标识码所标识的对象，用 HashMap/HashTable 存储

4) 享元模式大大减少了对象的创建，降低了程序内存的占用，提高效率

5) 享元模式提高了系统的复杂度。需要分离出内部状态和外部状态，而外部状态具有固化特性，不应该随着内部状态的改变而改变，这是我们使用享元模式需要注意的地方.

6) 使用享元模式时，注意划分内部状态和外部状态，并且需要有一个工厂类加以控制。

7) 享元模式经典的应用场景是需要缓冲池的场景，比如 String 常量池、数据库连接池

仅供参考，有错误还请指出！

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