Java设计模式 - 享元设计模式

2024-11-07 来源：个人技术集锦

1. 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，也希望做这样的产品展示网站，但是要求都有些不同：

2. 传统方案解决网站展现项目

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
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。

3. 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。

4. 享元模式的原理类图

FlyWeight 是抽象的享元角色, 他是产品的抽象类, 同时定义出对象的外部状态和内部状态的接口或实现。
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。

5. 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，这样就很好的解决了对象的开销问题。

6. 享元模式解决网站展现项目

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@Data
@AllArgument
public class User {
   private String name;
}

public abstract class WebSite {
   //抽象方法
   public abstract void use(User user);
}

//具体网站
public class ConcreteWebSite extends WebSite {

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

   //构造器ConcreteWebSite
   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());
   }
}

// 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();
   }
}

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("网站的分类共=" + factory.getWebSiteCount());
   }
}

7. 享元模式在JDK-Interger的应用源码分析

public class FlyWeight {
    public static void main(String[] args) {
        Integer x = 127;
        Integer y = new Integer(127);
        Integer z = 127;
        Integer w = new Integer(127);
        System.out.println(x.equals(y));
        System.out.println(x == y);
        System.out.println(x == z);
        System.out.println(w == x);
        System.out.println(w == y);
        Integer x1 = 200;
        Integer x2 = 200;
        System.out.println("x1==x2" + (x1 == x2));
    }
}

8. 享元模式的注意事项和细节

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。
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。

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