Java设计模式之 [10] 结构型模式

简介

1.享元模式(Flyweight Pattern) 也叫:蝇量模式:运用共享技术有效的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,在这些链接对象中由我们需要的就直接拿来用,避免重新创建,如果没有我们需要的,就重新创建一个
3.享元模式能够解决重复对象内存浪费的问题,当系统中有大量相似对象,需要缓冲池的时候,不需要总是创建新对象,可以从缓冲池中拿,这样就可以降低系统内存,同时提高效率
4.享元模式经典的应用场景就是池技术,String常量池,数据库连接池,缓冲池都是享元模式的应用,享元模式是池技术的重要实现方式

享元模式的原理类图

类图

类图

说明:(模式的角色以及职责)

1.FlyWeight 是抽象的享元角色,它是产品的抽象类,同时定义出对象的外部状态和内部状态(后面会介绍)
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的方法

享元模式的内部状态和外部状态

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,即将信息分为两个部分:内部状态和外部状态
2.内部状态是指对象共享出来的信息,存储到享元对象内部而且不会随环境的改变而改变
3,外部状态指的是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个空位置可以放棋子,每盘棋都有可能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,如果使用享元模式来处理,那棋子对象就只有两个对象实例,这就很好的解决了对象的开销问题

展示网站的项目需求

小型的外包项目,给客户A做一个商品展示网站,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.有客户要求以博客的形式发布
3.有客户要求以微信公众号的形式发布

传统方案解决思路

1.直接复制一份.然后根据客户的不同要求,进行定制修改
2.给每个网站都租用一个空间

传统方案问题分析

1.需要的网站的结构性相似度很高,而且都不是高访问量网站,如果分为多个虚拟空间来处理,相当于一个相同网站的实例对象有很多,造成服务器的资源浪费
2.解决思路:整合到一个网站中去,共享相关的代码和数据,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,维护和拓展都更加容易
4.上面的解决思路就可以使用 ==>> 享元模式 来解决

使用享元模式解决上述问题

1.思路分析和类图图解

类图图解

2,代码实现

public abstract class WebSite {
    public abstract void use(User user);
}

//具体的网站
public class ConcreteWebSite extends WebSite {

    private String type = ""; // 网站的发布类型

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

    @Override
    public void use(User user) {
        System.out.println("网站的发布类型:" + type + " " + user.getName() + " 在使用... ");
    }

}

//网站工厂类 根据需求返回一个网站
public class WebSiteFactory {
    // 集合 当作池的作用

    private HashMap pool = new HashMap();

    // 根据网站类型返回一个网站 如果没有就创建一个网站 放在池中
    public WebSite getWebSiteCategory(String type) {
        if (!pool.containsKey(type)) {
            // 就创建一个网站
            pool.put(type, new ConcreteWebSite(type));
        }
        return (WebSite)pool.get(type);
    }
    
    //获取网站分类的总数 池中有多少个网站类型
    public int getWebSiteCount() {
        return pool.size();
    }
}

public class User {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

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

测试

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个工厂
        WebSiteFactory factory = new WebSiteFactory();

        // 客户需要一个以新闻形式发布的网站
        WebSite webSite1 = factory.getWebSiteCategory("新闻");
        User user1 = new User();
        user1.setName("haxi1");
        webSite1.use(user1);

        // 客户需要以博客形式发布的
        WebSite webSite2 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        User user2 = new User();
        user2.setName("haxi2");
        webSite2.use(user2);
        // 客户需要以博客形式发布的
        WebSite webSite3 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        User user3 = new User();
        user3.setName("haxi3");
        webSite3.use(user3);
        // 客户需要以博客形式发布的
        WebSite webSite4 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        User user4 = new User();
        user4.setName("haxi4");
        webSite4.use(user4);

        System.out.println("网站的所有分类个数:" + factory.getWebSiteCount());
    }
}

打印结果

网站的发布类型:新闻 haxi1 在使用... 
网站的发布类型:博客 haxi2 在使用... 
网站的发布类型:博客 haxi3 在使用... 
网站的发布类型:博客 haxi4 在使用... 
网站的所有分类个数:2

享元模式在JDK源码的使用

小结:

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
valueOf 方法，就使用到享元模式
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

代码

public class TestInteger {
    public static void main(String[] args) {
        // 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
        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
    }
}

JDK代码

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

从以下代码可以看出常量池的范围是 -128 到 127

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

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

            cache = new Integer[(high - low) + 1];
            int j = low;
            for(int k = 0; k < cache.length; k++)
                cache[k] = new Integer(j++);

            // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
            assert IntegerCache.high >= 127;
        }

        private IntegerCache() {}
    }

享元模式的注意事项和细节

1.享元模式可以这样理解,"享"就是共享,"元"表示对象
2.系统中有大量对象,这些对象消耗大量内存,而且对象的状态大部分可以外部化的时候,,就考虑使用享元模式
3,用唯一的标识码判断,如果内存中有,就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,需要分理出来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,这是使用享元模式需要注意的地方
6.使用享元模式的时候,注意划分内部状态和外部状态,并且需要有个工厂类加以控制
7,享元模式经典应用就是需要使用缓冲池的场景,比如 String 常量池,数据库连接池

Java设计模式之 [10] 结构型模式 - 享元模式

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