享元模式 ( Flyweight Pattern )

享元模式(Flyweight Pattern)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

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

这种类型的设计模式属于结构型模式,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

摘要

  1. 意图:

    运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象

  2. 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

  3. 何时使用:

    1. 系统中有大量对象
    2. 这些对象消耗大量内存
    3. 这些对象的状态大部分可以外部化
    4. 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
    5. 系统不依赖于这些对象身份,这些对象是不可分辨的
  4. 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

  5. 关键代码:

    用 HashMap 存储这些对象

  6. 应用实例:

    1. 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
    2. 数据库的数据池
  7. 优点:

    大大减少对象的创建,降低系统的内存,使效率提高

  8. 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

  9. 使用场景:

    1. 系统有大量相似对象
    2. 需要缓冲池的场景
  10. 注意事项:

    1. 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
    2. 这些类必须有一个工厂对象加以控制

实现

享元模式

  1. 定义一个 Shape 接口和实现了 Shape 接口的实体类 Circle
  2. 定义工厂类 ShapeFactory

    ShapeFactory 有一个 CircleHashMap ,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

  3. 定义类 FlyWeightPatternDemo 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

范例

我们将通过创建 5 个对象来画出 20 个分布于不同位置的圆来演示这种模式

由于只有 5 种可用的颜色,所以 color 属性被用来检查现有的 Circle 对象

1. 定义一个接口

Shape.java

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package cn.twle.gof;


public interface Shape
{
   void draw();
}

2. 创建实现接口的实体类

Circle.java

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package cn.twle.gof;


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);
   }
}

3. 创建一个工厂,生成基于给定信息的实体类的对象

ShapeFactory.java

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package cn.twle.gof;


import java.util.HashMap;

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;
   }
}

4. 使用该工厂,通过传递颜色信息来获取实体类的对象

FlyweightPatternDemo.java

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package cn.twle.gof;


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);
   }
}

编译运行以上 Java 范例,输出结果如下

$ javac -d . src/main/cn/twle/gof/FlyweightPatternDemo.java
$ java  cn.twle.gof.FlyweightPatternDemo
Creating circle of color : Black
Circle: Draw() [Color : Black, x : 36, y :71, radius :100
Creating circle of color : Green
Circle: Draw() [Color : Green, x : 27, y :27, radius :100
Creating circle of color : White
Circle: Draw() [Color : White, x : 64, y :10, radius :100
Creating circle of color : Red
Circle: Draw() [Color : Red, x : 15, y :44, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 19, y :10, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 94, y :32, radius :100
Circle: Draw() [Color : White, x : 69, y :98, radius :100
Creating circle of color : Blue
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 13, y :4, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 21, y :21, radius :100
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 55, y :86, radius :100
Circle: Draw() [Color : White, x : 90, y :70, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 78, y :3, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 64, y :89, radius :100
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 3, y :91, radius :100
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 62, y :82, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 97, y :61, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 86, y :12, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 38, y :93, radius :100
Circle: Draw() [Color : Red, x : 76, y :82, radius :100
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 95, y :82, radius :100
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