【源码分析设计模式 7】Integer中的享元模式

   日期:2024-12-26    作者:jsjubao 移动:http://oml01z.riyuangf.com/mobile/quote/43181.html

说到享元模式,第一个想到的应该就是池技术了,String常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用,所以说享元模式是池技术的重要实现方式。

【源码分析设计模式 7】Integer中的享元模式

比如我们每次创建字符串对象时,都需要创建一个新的字符串对象的话,内存开销会很大,所以如果第一次创建了字符串对象“Flyweight”,下次再创建相同的字符串“Flyweight”时,只要把它的引用指向“Flyweight”,这样就实现了“Flyweight”字符串在内存中的共享。

举个最简单的例子,网络联机下棋的时候,一台服务器连接了多个客户端(玩家,如果我们每个棋子都要创建对象,那一盘棋可能就有上百个对象产生,玩家多点的话,因为内存空间有限,一台服务器就难以支持了,所以这里要使用享元模式,将棋子对象减少到几个实例。下面给出享元模式的定义。

享元模式( Flyweight,运用共享技术有效的支持大量细粒度的对象。UML结果图如下

1、Flyweight 是抽象享元角色。它是产品的抽象类,同时定义出对象的外部状态和内部状态的接口和实现

2、ConcreteFlyweight 是具体享元角色,是具体的产品类,实现抽象角色定义的业务

3、UnsharedConcreteFlyweight 是不可共享的享元角色,一般不会出现在享元工厂中

4、FlyweightFactory 是享元工厂,它用于构造一个池容器,同时提供从池中获得对象的方法。

1、上面享元模式的定义为我们提出了两个要求:细粒度和共享对象。我们知道分配太多的对象列到应用程序中将有损程序的性能,同时还容易造成内存溢出,要避免这种情况,用到的就是享元模式,这里就需要提到内部状态和外部状态了。

因为要求细粒度对象,所以不可避免地会使对象数量多且性质相近,此时我们就将这些对象的信息分为两个部分:内部状态和外部状态。

2、内部状态指对象共享出来的信息,存储在享元对象内部并且不会随环境的改变而改变

3、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。
我们举一个最简单的例子,棋牌类游戏大家都有玩过吧,比如说说围棋和跳棋,它们都有大量的棋子对象,围棋和五子棋只有黑白两色,跳棋颜色略多一点,但也是不太变化的,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,我们落子嘛,落子颜色是定的,但位置是变化的,所以方位坐标就是棋子的外部状态。

那么为什么这里要用享元模式呢?可以想象一下,上面提到的棋类游戏的例子,比如围棋,理论上有361个空位可以放棋子,常规情况下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。

1、优点

大大减少了对象的创建,降低了程序内存的占用,提高效率

2、缺点

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。

1、何时应用

(1)系统中有大量对象时

(2)这些对象消耗大量内存时

(3)这些对象的状态大部分可以外部化时

(4) 需要缓冲池的场景

2、实现方式

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存储。

3、应用实例

(1)string常量池

(2)数据库连接池

应用实例的话,其实上面的模板就已经是一个很好的例子了,类似于String常量池,没有的对象创建后存在池中,若池中存在该对象则直接从池中取出。

为了更好的理解享元模式,这里再举一个实例,比如接了我一个小型的外包项目,是做一个产品展示网站,后来他的朋友们也希望做这样的网站,但要求都有些不同,我们当然不能直接复制粘贴再来一份,有任希望是新闻发布形式的,有人希望是博客形式的等等,而且因为经费原因不能每个网站租用一个空间。

其实这里他们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,这是造成服务器的大量资源浪费。如果整合到一个网站中,共享其相关的代码和数据,那么对于硬盘、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;而对于代码,由于是一份实例,维护和扩展都更加容易。

那么此时就可以用到享元模式了。UML图如下

1、网站抽象类

 

2、网站具体类

 

3、网站工厂类

 

4、client客户端

这里测试用例给了两种网站,原先我们需要做三个产品展示和三个博客的网站,也即需要六个网站类的实例,但其实它们本质上都是一样的代码,可以利用用户ID号的不同,来区分不同的用户,具体数据和模板可以不同,但代码核心和数据库却是共享的。

 

5、运行结果

可以看出,虽然我们做了6个网站,但网站分类只有2个。这样基本算是实现了享元模式的共享对象的目的,但想想上面提到的内部状态和外部状态,这里实际上没有体现对象间的不同,只体现了它们的共享部分。

6、用户类

所以我们再加一个用户类,作为网站类的外部状态,并在use()方法中传递用户对象,UML如下

下面添加一个User类。

 

然后再对use()方法进行修改,添加参数,以抽象类为例

 

而客户端中只需对每一个网站添加一个用户即可,如

 

运行结果如下

这样就可以协调内部与外部状态,哪怕接手了上千个网站的需求,只要要求相同或类似,实际开发代码也就是分类的哪几种。

1、测试类

 

2、如果想了解怎么实现共享的,就得分析Integer的源代码

Integer x = 127;和Integer z = Integer.valueOf(127);是一个意思

下面我们来看下valueOf方法

 

再看一下IntegerCache类

 

其实很简单,就是用一个Integer数组先缓存了,后面如果是是在区间内的数直接从缓存数组中取,否则才构造新的Integer。缓存思想还是很重要的!谢谢大家观看。

1、享元模式可以再次创建对象,也可以取缓存对象;单例模式则是严格控制单个进程中只有一个实例对象。

2、享元模式可以通过自己控制对外部的单例,也可以在需要时创建更多的对象;单例模式是自身控制,需要增加不属于该对象本身的逻辑。


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