享元模式

1. 传统方案的缺陷

展示网站项目需求

小型的外包项目，给客户A做一个产品展示网站，客户A的朋友感觉效果不错，也希望做这样产品展示网站，但是要求都有些不同：

有客户要求以新闻的形式发布
客户人要求以博客的形式发布
有客户希望以微信公众号的形式发布

传统方案描述:

直接复制粘贴一份，然后根据客户不同要求，进行定制修改
给每个网站租用一个空间
方案设计示意图

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问题分析：

需要的网站结构相似度很高，而且都不是高访问量网站，如果分成多个虚拟空间来处理，相当于一个相同网站的实例对象很多，造成服务器的资源浪费
解决思路：整合到一个网站中，共享其相关的代码和数据，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
对于代码来说，由于是一份实例，维护和扩展都更加容易
上面的解决思路就可以使用享元模式来解决

2. 享元模式基本介绍

享元模式（Flyweight Pattern）也叫蝇量模式：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象
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，在这些连接对象中有我们需要的则直接拿来用，避免重新创建，如果没有我们需要的，则创建一个
享元模式能够解决重复对象的内存浪费的问题，当系统中有大量相似对象，需要缓冲池时。不需总是创建新对象，可以从缓冲池里拿。这样可以降低系统内存，同时提高效率
享元模式经典的应用场景就是池技术了，String`常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用，享元模式是池技术的重要实现方式

代码示例:

String s = "hello";
String s2 = new String("hello");

内存结构

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享元模式的原理类图

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FlyWeight 是抽象的享元角色，他是产品的抽象类，定义了对象的外部状态和内部状态(后面介绍) 的接口规范(接口)或默认实现(抽象类)
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方法
UnsharedConcreteFlyWeight 是不可共享的角色，可能会出现在享元模式中,但一般不会出现在享元工厂中
FlyWeightFactory 是享元工厂类，用于构建池的容器，提供从池中获取对象的相关方法

内部状态和外部状态

比如围棋、五子棋、跳棋，它们都有大量的棋子对象，围棋和五子棋只有黑白两色，跳棋颜色多一点，所以棋子颜色就是棋子的内部状态；而各个棋子之间的差别就是位置的不同，当我们落子后，落子颜色是定的，但位置是变化的，所以棋子坐标就是棋子的外部状态

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来描述所有棋子的共有属性,比如形状颜色等, 而对于状态,位置信息,只需再建一个一个对象,并组合即可，这样就很好的解决了对象的开销问题 ,

3. 代码优化

使用享元模式完成，前面提出的网站外包问题

类图

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根据上面的描述,可以得出,不管是哪个客户,我们的网站只有三种类型(新闻,播客,公众号), 也就是我们一共就需要创造三个网站是实例即可, 这就是一个网站的内部状态, 而对于每个客户网站所特有的部分,则是每个网站的用户,这就是网站的外部转态

代码实现:

产品的抽象类，定义了产品对象的内部和外部状态的规范，即前面所说的 FlyWeight
```
public abstract class WebSite {
	
	public abstract void use(User user);// 抽象方法
	
}
```

具体的产品类，即一个业务的实例类, 有共享的部分,也有自己特有的部分, 继承了 WebSite 抽象类，实现了具体的业务方法，即前面所说的 ConcreteFlyWeight

//具体网站
public class ConcreteWebSite extends WebSite {

	// 共享的部分，内部状态
	private String type = ""; // 网站发布的形式(类型)

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

	@Override
	public void use(User user) {
		System.out.println("网站的发布形式为:" + type + " 在使用中 .. 使用者是" + user.getName());
	}

}

产品工厂类，生产具体的产品(WebSite 对象)，并构建产品池，即前面所说的 FlyWeightFactory

// 网站工厂类，根据需要返回压一个网站
public class WebSiteFactory {

	// 集合， 充当池的作用
	private HashMap<String, ConcreteWebSite> pool = new HashMap<>();

	// 根据网站的类型，返回一个网站, 如果没有就创建一个网站，并放入到池中,并返回
	public WebSite getWebSiteCategory(String type) {
		if (!pool.containsKey(type)) {
			// 就创建一个网站，并放入到池中
			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();
	}
	
}

User：实体类

public class User {

	private String name;

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

	public String getName() {
		return name;
	}

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

}

客户端

public class Client {

	public static void main(String[] args) {

		// 创建一个工厂类
		WebSiteFactory factory = new WebSiteFactory();

		// 客户要一个以新闻形式发布的网站
		WebSite webSite1 = factory.getWebSiteCategory("新闻");
		webSite1.use(new User("tom"));

		// 客户要一个以博客形式发布的网站
		WebSite webSite2 = factory.getWebSiteCategory("博客");
		webSite2.use(new User("jack"));

		// 客户要一个以博客形式发布的网站
		WebSite webSite3 = factory.getWebSiteCategory("博客");
		webSite3.use(new User("smith"));

		// 客户要一个以博客形式发布的网站
		WebSite webSite4 = factory.getWebSiteCategory("博客");
		webSite4.use(new User("king"));

		System.out.println("网站的分类个数=" + factory.getWebSiteCount());
		
	}

}

总结

利用享元模式，我们能够把外部状态(User)和内部状态(type)分开，对于共享的部分，我们共用即可
比如网站类型(type)不同时，我们才会创建对应的网站实例，再将其放入对象池中，如果网站类型(type)相同，我们直接共享即可(享元)
博客类型相同可以共用，但是我们可以通过传入 User 形参，让不同的使用者，访问同一份博客

4. JDK 源码分析

对于 int 等普通类型的包装类 Integer 等,就使用了享元模式

测试:

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,如果不在该范围类，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);
		Integer x2 = Integer.valueOf(200);
		System.out.println("x1==x2=" + (x1 == x2)); // false

	}

}

源码:

Integer.valueOf() 方法：该方法使用享元模式，如果数字范围在 [IntegerCache.low, IntegerCache.high] 之间，则直接返回缓存池中的对象，否则使用 new 的方式创建
```
public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}
```

IntegerCache 用于为 [-128, 127] 数值的缓存池，事先就已经将 cache[] 缓存池创建好了

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() {}
}

5. 总结

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，经常用HashMap存储共享对象
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。
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

posted @ 2021-01-08 18:08 哈哈丶丶阅读(24) 评论(0) 编辑收藏举报

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