设计模式-享元模式

享元模式

案例

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

传统方式的解决方法

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

问题

1. 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
2. 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
3. 对于代码来说，由于是一份实例,维护和扩展都更加容易
4. 上面的解决思路就可以使用享元模式来解决

基本介绍

1. 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
2. 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
3. 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


角色

• flyweight： 享元接口，通过这个接口传入外部状态并作用于外部状态,定义内部状态；

• ConcreteFlyweight： 具体的享元实现对象，必须是可共享的，需要封装享元对象的内部状态；

• UnsharedConcreteFlyweight： 非共享的享元实现对象，并不是所有的享元对象都可以共享，非共享的享元对象通常是享元对象的组合对象；一般不会用在享元工厂。

• FlyweightFactory： 享元工厂，主要用来创建并管理共享的享元对象，并对外提供访问共享享元的接口；

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

解决问题

1. flyweight

public abstract class WebSite {
    public abstract void use();
}

2. ConcreteFlyweight

public class ConcreteWebSite extends WebSite {

    private String type = ""; //网站发布形式

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

    @Override
    public void use() {
        System.out.println("网站发布形式为：" + type);
    }
}

3. FlyweightFactory

public class WebSiteFactory {

    //集合，充当具体作业
    private HashMap<String,ConcreteWebSite> pool = new HashMap<>();

    //根据网站类型，返回一个网站，如果没有就创建一个网站放入池中
    public WebSite getWebSiteCategory(String type){
        if(!pool.containsKey(type)){
            //创建一个网站，放入
            pool.put(type, new ConcreteWebSite(type));
        }
        return pool.get(type);
    }

    //获取网站分类的总是
    public int getWebSiteCount(){
        return pool.size();
    }

}

4. client

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        WebSiteFactory webSiteFactory = new WebSiteFactory();

        WebSite webSite1 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("新闻");
        webSite1.use();
        WebSite webSite2 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("博客");
        webSite2.use();
    }
}

添加外部状态

public class User {

    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public User setName(String name) {
        this.name = name;
        return null;
    }
}

public abstract class WebSite {
    public abstract void use(User user);
}

public class ConcreteWebSite extends WebSite {

    private String type = ""; //网站发布形式

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

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

测试

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        WebSiteFactory webSiteFactory = new WebSiteFactory();

        WebSite webSite1 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("新闻");
        User user1 = new User();
        user1.setName("aaa");
        webSite1.use(user1);
        WebSite webSite2 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("新闻");
        User user2 = new User();
        user2.setName("bbb");
        webSite2.use(user2);
    }
}

在JDK中的使用

Integer类就使用了享元模式

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

valueOf

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}
//在 -128 -- 127使用享元模式
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() {}
}

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对象
2. value0F 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

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
• 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