圖解Java設計模式之享元模式

展示網站項目需求

小型的外包項目，給客戶 A 做一個產品展示網站，客戶 A 的朋友感覺效果不錯，也希望做這樣的產品展示網站，但是要求都有些不同:

有客戶要求以新聞的形式發佈
有客戶人要求以博客的形式發佈
有客戶希望以微信公衆號的形式發佈

傳統方案解決網站展現項目

直接複製粘貼一份，然後根據客戶不同要求，進行定製修改
給每個網站租用一個空間
方案設計示意圖

傳統方案解決網站展現項目 - 問題分析

1）需要的網站結構相似度很高，而且都不是高訪問量網站，如果分成多個虛擬空間來處理，相當於一個相同網站的實例對象很多，造成服務器的資源浪費。
2）解決思路：整合到一個網站中，共享其相關的代碼和數據，對於硬盤、內存、CPU、數據庫空間等服務器資源都可以達成共享，減少服務器資源。
3）對於代碼來說，由於是一份實例，維護和擴展都更加方便
4）解決上面問題的思路可以使用享元模式

享元模式基本介紹

1）享元模式（Flyweight Pattern）也叫蠅量模式：運用共享技術有效地支持大量細粒度的對象
2）常用於系統底層開發，解決系統的性能問題。像數據庫連接池，裏面都是創建好的連接對象，在這些連接對象中有我們需要的則直接拿來用，避免重寫創建，如果沒有我們需要的，則創建一個
3）享元模式能夠解決重複對象的內存浪費的問題，當系統中有大量相似對象，需要緩衝池時。不需總是創建新對象，可以從緩衝池裏拿。這樣可以降低系統內存，同時提高效率。
4）享元模式經典的應用場景就是池技術了，String常量池、數據庫連接池、緩衝池等等都是享元模式的應用，享元模式是池技術的重要實現方式。

享元模式原理類圖

說明：
1）FlyWeight是抽象的享元角色，它是產品的抽象類，同時定義出對象的外部狀態和內部狀態的接口或實現。
2）ConcreteFlyWeight是具體的享元角色，是具體的產品類，實現抽象角色定義相關業務
3）UnSharedConcreteFlyWeight是不可共享的角色，一般不會出現在享元工廠
4）FlyWeightFactory享元工廠類，用於構建一個池容器（集合），同時提供從池中獲取對象方法

內部狀態和外部狀態

比如圍棋、五子棋、跳棋，它們都有大量的棋子對象，圍棋和五子棋只有黑白兩色，跳棋顏色多一點，所以棋子顏色就是棋子的內部狀態；而各個棋子之間的差別就是位置的不同，當我們落子後，落子顏色是定的，但位置是變化的，所以棋子座標就是棋子外部狀態
1）享元模式提出了兩個要求：細粒度和共享對象。這裏就涉及到內部狀態和外部狀態了，即將對象的信息分爲兩個部分：內部狀態和外部狀態。
2）內部狀態指對象共享出來的信息，存儲在享元對象內部且不會隨環境的改變而改變。
3）外部狀態指對象得以依賴的一個標記，是隨環境改變而改變的、不可共享的狀態。
4) 舉個例子:圍棋理論上有361個空位可以放棋子，每盤棋都有可能有兩三百個棋子對象產生，因爲內存空間有限，一臺服務器很難支持更多的玩家玩圍棋遊戲，如果用享元模式來處理棋子，那麼棋子對象就可以減少到只有兩個實例，這樣就很好的解決了對象的開銷問題。

享元模式解決網站展現項目

1）應用實例要求
使用享元模式完成，前面提出的網站外包問題
2）類圖

3）代碼實現

package com.example.demo.flyweight;

public abstract class WebSite {

	/**
	 * 抽象方法
	 */
	public abstract void use(User user);
}
package com.example.demo.flyweight;

public class ConcreteWebSite extends WebSite{
	
	/**
	 * 網站發佈的形式（類型）
	 */
	private String tyep;

	/**
	 * 構造器
	 * @param type
	 */
	public ConcreteWebSite(String type) {
		// TODO Auto-generated constructor stub
		this.tyep = type;
	}
	
	@Override
	public void use(User user) {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println("網站的發佈形式爲 ：" + tyep + " 在使用中 。。 使用者是 " + user.getName());
	}

}
package com.example.demo.flyweight;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

import javax.activation.MailcapCommandMap;

/**
 * 網站工廠類，根據需要返回一個網站
 * @author zhaozhaohai
 *
 */
public class WebSiteFactory {
	
	/**
	 * 集合，充當池的作用
	 */
	private Map<String, ConcreteWebSite> poolMap = new HashMap<String, ConcreteWebSite>();

	/**
	 * 根據網站的類型，返回一個網站，如果沒有就創建一個網站，並放入池中，並返回
	 * @param type
	 * @return
	 */
	public WebSite getWebSiteCategory(String type) {
		if (!poolMap.containsKey(type)) {
			// 就創建一個網站，並放入池中
			poolMap.put(type, new ConcreteWebSite(type));
		}
		return (WebSite)poolMap.get(type);
	}
	
	/**
	 * 獲取網站分類的總數（池中有多少個網站類型）
	 * @return
	 */
	public int getWebSiteCount() {
		return poolMap.size();
	}
}
package com.example.demo.flyweight;

public class User {
	
	private String name;

	public String getName() {
		return name;
	}

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

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

}
package com.example.demo.flyweight;

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		// 創建一個工廠類
		WebSiteFactory factory = new WebSiteFactory();
		// 客戶要一個以新聞形式發佈的網站
		WebSite webSite = factory.getWebSiteCategory("新聞");
		webSite.use(new User("tom"));
		// 客戶要一個以博客形式發佈的網站
		WebSite webSite2 = factory.getWebSiteCategory("博客");
		webSite2.use(new User("jack"));
		// 客戶要一個以博客形式發佈的網站
		WebSite webSite3 = factory.getWebSiteCategory("博客");
		webSite3.use(new User("titm"));
	}

}

享元模式在 JDK - Integer的應用源碼分析

小結：

在valueOf方法中，先判斷值是否在IntegerCache中，如果不在，就創建新的Integer（new），否則，就從緩衝池返回。
valueOf方法，就使用到享元模式
如果使用valueOf方法得到一個Integer實例，範圍在-128 - 127，執行速度比new快。

享元模式的注意事項和細節

1）在享元模式中，“享”就是表示共享，“元”表示對象
2）系統中有大量對象，這些對象消耗大量內存，並且對象的狀態大部分可以外部化時，我們就可以考慮選用享元模式
3）用唯一標識碼判斷，如果在內存中有，則返回這個唯一標識所標識的對象，用HashMap/HashTable存儲
4）享元模式大大減少了對象的創建，降低了程序內存的佔用，提高效率
5）享元模式提高了系統的複雜度。需要分離出內部狀態和外部狀態，而外部狀態具有固化特性，不應該隨着內部狀態的改變而改變，這是我們使用享元模式需要注意的地方。
6）使用享元模式時，注意劃分分佈狀態和外部狀態，並且需要有一個工廠類加以控制。
7）享元模式經典的應用場景是需要緩衝池的場景，比如 String常量池、數據庫連接池

圖解Java設計模式之享元模式