在面向对象程序设计过程中,有时会面临要创建大量相同或相似对象实例的问题。创建那么多的对象将会耗费很多的系统资源,它是系统性能提高的一个瓶颈。
例如,围棋和五子棋中的黑白棋子,图像中的座标点或颜色,局域网中的路由器、交换机和集线器,教室里的桌子和凳子等。
这些对象有很多相似的地方,如果能把它们相同的部分提取出来共享,则能节省大量的系统资源,这就是享元模式的产生背景。
定义与优缺点
享元(Flyweight)模式的定义:运用共享技术来有効地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的又橡来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似类的开销,从而提高系统资源的利用率。
享元模式的主要优点是:相同对象只要保存一份,这降低了系统中对象的数量,从而降低了系统中细粒度对象给内存带来的压力。
其主要缺点是:
- 为了使对象可以共享,需要将一些不能共享的状态外部化,这将增加程序的复杂性。
- 读取享元模式的外部状态会使得运行时间稍微变长。
结构
基本介绍
- 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
- 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
- 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。
- 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,棋子颜色就是棋子的内部状态,棋子座标就是棋子的外部状态。
原理类图
模式的角色及职责
- 抽象享元角色(Flyweight):是所有的具体享元类的基类,为具体享元规范需要实现的公共接口,非享元的外部状态以参数的形式通过方法传入。
- 具体享元(Concrete Flyweight)角色:实现抽象享元角色中所规定的接口。
- 非享元(Unsharable Flyweight)角色:是不可以共享的外部状态,它以参数的形式注入具体享元的相关方法中。
- 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。
模式的实现
//客户端使用
public class Client {
public static void main(String[] args) {
FlyWeightFactory factory=new FlyWeightFactory();
FlyWeight f01=factory.getFlyWeight("a");
FlyWeight f02=factory.getFlyWeight("a");
FlyWeight f03=factory.getFlyWeight("a");
FlyWeight f11=factory.getFlyWeight("b");
FlyWeight f12=factory.getFlyWeight("b");
f01.operation(new UnSharedConcreteFlyWeight("第1次调用a。"));
f02.operation(new UnSharedConcreteFlyWeight("第2次调用a。"));
f03.operation(new UnSharedConcreteFlyWeight("第3次调用a。"));
f11.operation(new UnSharedConcreteFlyWeight("第1次调用b。"));
f12.operation(new UnSharedConcreteFlyWeight("第2次调用b。"));
}
}
//抽象享元角色
public interface FlyWeight {
public void operation(UnSharedConcreteFlyWeight state);
}
//具体享元角色
public class ConcreteFlyWeight implements FlyWeight {
private String key;
ConcreteFlyWeight(String key) {
this.key = key;
System.out.println("具体享元"+key+"被创建");
}
@Override
public void operation(UnSharedConcreteFlyWeight outState) {
System.out.print("具体享元"+key+"被调用,");
System.out.println("非享元信息是:"+outState.getInfo());
}
}
//非享元角色
public class UnSharedConcreteFlyWeight {
private String info;
public String getInfo() {
return info;
}
public void setInfo(String info) {
this.info = info;
}
UnSharedConcreteFlyWeight(String info) {
this.info = info;
}
}
//享元工厂角色
public class FlyWeightFactory {
private HashMap<String,FlyWeight> flyWeights = new HashMap<>();
public FlyWeight getFlyWeight(String key) {
FlyWeight flyWeight = flyWeights.get(key);
if (flyWeight != null) {
System.out.println("具体享元"+key+"已经存在,被成功获取!");
} else {
flyWeight = new ConcreteFlyWeight(key);
flyWeights.put(key,flyWeight);
}
return flyWeight;
}
}
应用场景
- 统中存在大量相同或相似的对象,这些对象耗费大量的内存资源。
- 大部分的对象可以按照内部状态进行分组,且可将不同部分外部化,这样每一个组只需保存一个内部状态。
- 由于享元模式需要额外维护一个保存享元的数据结构,所以应当在有足够多的享元实例时才值得使用享元模式。
模式扩展
在前面介绍的享元模式中,其结构图通常包含可以共享的部分和不可以共享的部分。在实际使用过程中,有时候会稍加改变,即存在两种特殊的享元模式:单纯享元模式和复合享元模式,下面分别对它们进行简单介绍。
(1) 单纯享元模式,这种享元模式中的所有的具体享元类都是可以共享的,不存在非共享的具体享元类,其结构图如下图所示。
(2) 复合享元模式,这种享元模式中的有些享元对象是由一些单纯享元对象组合而成的,它们就是复合享元对象。虽然复合享元对象本身不能共享,但它们可以分解成单纯享元对象再被共享,其结构图如下图所示。
享元模式在 JDK-Interger 的应用源码分析
public class FlyWeight {
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
//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); //不在IntegerCache中,创建新的 Integer(new)
Integer x2 = Integer.valueOf(200);//不在IntegerCache中,创建新的 Integer(new)
System.out.println("x1==x2" + (x1 == x2)); // false
}
}
参考文章:
享元模式(详解版)