享元模式

  • 享元模式主要用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能

  • 属于结构型模式，它提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式。

  • 享元模式尝试重用现有的同类对象，如果未找到匹配的对象，则创建新对象

意图：

运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

主要解决：

在有大量对象时，有可能会造成内存溢出，我们把其中共同的部分抽象出来，如果有相同的业务请求，直接返回在内存中已有的对象，避免重新创建。

何时使用：

  • 系统中有大量对象
  • 这些对象消耗大量内存
  • 这些对象的状态大部分可以外部化
  • 这些对象可以按照内蕴状态分为很多组，当把外蕴对象从对象中剔除出来时，每一组对象都可以用一个对象来代替
  • 系统不依赖于这些对象身份，这些对象是不可分辨的。

如何解决：

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。

关键代码：

用 HashMap 存储这些对象。

应用实例：

  • JAVA 中的 String，如果有则返回，如果没有则创建一个字符串保存在字符串缓存池里面
  • 数据库的连接池。

优点：

大大减少对象的创建，降低系统的内存，使效率提高。

缺点：

提高了系统的复杂度，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固有化的性质，不应该随着内部状态的变化而变化，否则会造成系统的混乱。

使用场景：

  • 系统有大量相似对象
  • 需要缓冲池的场景。

注意事项：

  • 注意划分外部状态和内部状态，否则可能会引起线程安全问题
  • 这些类必须有一个工厂对象加以控制

案例说明

将创建一个 Shape 接口和实现了 Shape 接口的实体类 Circle。下一步是定义工厂类 ShapeFactory。

ShapeFactory 有一个 Circle 的 HashMap，其中键名为 Circle 对象的颜色。无论何时接收到请求，都会创建一个特定颜色的圆。ShapeFactory 检查它的 HashMap 中的 circle 对象，如果找到 Circle 对象，则返回该对象，否则将创建一个存储在 hashmap 中以备后续使用的新对象，并把该对象返回到客户端。

FlyWeightPatternDemo 类使用 ShapeFactory 来获取 Shape 对象。它将向 ShapeFactory 传递信息（red / green / blue/ black / white），以便获取它所需对象的颜色。

创建一个接口

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public interface Shape {
   void draw();
}

创建实现接口的实体类

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public class Circle implements Shape {
   private String color;
   private int x;
   private int y;
   private int radius;
 
   public Circle(String color){
      this.color = color;     
   }
 
   public void setX(int x) {
      this.x = x;
   }
 
   public void setY(int y) {
      this.y = y;
   }
 
   public void setRadius(int radius) {
      this.radius = radius;
   }
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Circle: Draw() [Color : " + color 
         +", x : " + x +", y :" + y +", radius :" + radius);
   }
}

创建一个工厂，生成基于给定信息的实体类的对象

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public class ShapeFactory {
   private static final HashMap<String, Shape> circleMap = new HashMap<>();
 
   public static Shape getCircle(String color) {
      Circle circle = (Circle)circleMap.get(color);
 
      if(circle == null) {
         circle = new Circle(color);
         circleMap.put(color, circle);
         System.out.println("Creating circle of color : " + color);
      }
      return circle;
   }
}

使用该工厂，通过传递颜色信息来获取实体类的对象

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public class FlyweightPatternDemo {
   private static final String colors[] = 
      { "Red", "Green", "Blue", "White", "Black" };
   public static void main(String[] args) {
 
      for(int i=0; i < 20; ++i) {
         Circle circle = 
            (Circle)ShapeFactory.getCircle(getRandomColor());
         circle.setX(getRandomX());
         circle.setY(getRandomY());
         circle.setRadius(100);
         circle.draw();
      }
   }
   private static String getRandomColor() {
      return colors[(int)(Math.random()*colors.length)];
   }
   private static int getRandomX() {
      return (int)(Math.random()*100 );
   }
   private static int getRandomY() {
      return (int)(Math.random()*100);
   }
}

注意事项

  • 在享元模式这样理解，“享”就表示共享，“元”表示对象
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
    • 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
  • 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