設計模式 – 享元模式詳解
基本介紹
享元模式（Flyweight Pattern）也叫蠅量模式，運用共享技術有效地支援大量細粒度對象的復用。常用於系統底層開發，解決系統性能問題。例如資料庫連接池，裡面都是創建好的連接對象，如果有我們需要的，直接拿來用，避免重新創建，可以解決重複對象對記憶體造成浪費的問題。
內部狀態和外部狀態
享元模式提出了細粒度和共享對象，這裡就涉及了內部狀態和外部狀態的概念，即可以把對象的資訊分為兩個部分：內部狀態和外部狀態
內部狀態（Intrinsic State）：可以共享的相同內容
外部狀態（Extrinsic State）：需要外部環境來設置的不能共享的內容
舉個栗子，圍棋理論上有 361 個位置可以放棋子，每盤棋可能會產生兩三百個棋子對象，由於記憶體有限，一台伺服器很難支援更多玩家進行圍棋對戰，如果用享元模式來處理棋子，將棋子的顏色（黑與白）作為內部狀態，棋子的位置（不確定）作為外部狀態，就可以將棋子對象減少到兩個實例（黑棋、白棋），這樣就可以很好的解決記憶體開銷問題。
模式結構
- Flyweight：抽象享元類
- ConcreteFlyweight：具體享元類
- UnsharedConcreteFlyweight：非共享具體享元類
- FlyweightFactory：享元工廠類
舉例說明
一個開發團隊接了這樣的項目，客戶希望做一個產品展示網站，但網站需要有多種發布形式，每個用戶可以以新聞形式發布、以部落格形式發布、以微信公眾號形式發布…
「抽象享元類」
public abstract class AbstractWebsite {
public abstract void publish(User user);
}
「非共享具體享元類」
public class User {
private String name;
public User(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
}
「具體享元類」
public class ConcreteWebsite extends AbstractWebsite {
/**
* 發布類型
*/
private String type = "";
public ConcreteWebsite(String type) {
this.type = type;
}
/**
* 發布
*/
@Override
public void publish(User user) {
System.out.println("用戶「"+user.getName()+"」發布的網站形式為「" + type+"」");
}
}
「享元工廠類」
public class WebsiteFactory {
/**
* 以 HashMap 作為對象池
*/
private Map<String, ConcreteWebsite> pool = new HashMap<>();
/**
* 從對象池中返回指定類型的對象，沒有則創建
*/
public AbstractWebsite getWebsite(String type) {
if (!pool.containsKey(type)) {
pool.put(type, new ConcreteWebsite(type));
}
return pool.get(type);
}
/**
* 計算對象池中對象的個數
*/
public int count() {
return pool.size();
}
}
「測試類」
public class Client {
@Test
public void test(){
WebsiteFactory factory = new WebsiteFactory();
AbstractWebsite website1 = factory.getWebsite("新聞");
website1.publish(new User("張三"));
website1.publish(new User("李四"));
AbstractWebsite website2 = factory.getWebsite("部落格");
website2.publish(new User("王五"));
website2.publish(new User("趙六"));
AbstractWebsite website3 = factory.getWebsite("公眾號");
website3.publish(new User("陳七"));
website3.publish(new User("胡八"));
System.out.println("對象的個數：" + factory.count());
}
}
「運行結果」
用戶「張三」發布的網站形式為「新聞」
用戶「李四」發布的網站形式為「新聞」
用戶「王五」發布的網站形式為「部落格」
用戶「趙六」發布的網站形式為「部落格」
用戶「陳七」發布的網站形式為「公眾號」
用戶「胡八」發布的網站形式為「公眾號」
對象的個數：3
享元模式在Integer中的應用
首先我們看一段程式碼，運行結果是什麼？
public class IntegerSource {
public static void main(String[] args) {
Integer v1 = 127;
Integer v2 = 127;
System.out.println("v1等於v2？ " + (v1 == v2));
Integer v3 = 128;
Integer v4 = 128;
System.out.println("v3等於v4？ " + (v3 == v4));
}
}
答案
v1等於v2？ true
v3等於v4？ false
分析：查看 Integer 源碼，找到 valueOf 方法，可以看到，如果 i 在某個範圍內，就不會產生新的對象，直接從快取數組中獲取，點進 IntegerCache 里就會發現 low = -128 high = 127，因此，我們可以理解為這個數組就是「內部狀態」
public static Integer valueOf(int i) {
//low = -128 , high = 127
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
//IntegerCache.cache是一個常量數組：static final Integer cache[];
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
模式分析
優點：
-
可以極大減少記憶體中對象的數量，使得相同對象或相似對象在記憶體中只保存一份。
-
享元模式的外部狀態相對獨立，而且不會影響其內部狀態，從而使得享元對象可以在不同的環境中被共享。
缺點：
- 享元模式使得系統更加複雜，需要分離出內部狀態和外部狀態，這使得程式的邏輯複雜化。
- 為了使對象可以共享，享元模式需要將享元對象的狀態外部化，而讀取外部狀態使得運行時間變長。
適用場景：
-
一個系統有大量相同或者相似的對象，由於這類對象的大量使用，造成記憶體的大量耗費。
-
對象的大部分狀態都可以外部化，可以將這些外部狀態傳入對象中。
-
使用享元模式需要維護一個存儲享元對象的享元池，而這需要耗費資源，因此，應當在多次重複使用享元對象時才值得使用享元模式。
