享元模式

标签 ： Java与设计模式

内存属于稀缺资源, 不能随便浪费. 如果有很多相同/相似的对象, 我们可以通过享元节省内存.

内部状态 vs. 外部状态

享元模式(Flyweight): 运用共享技术有效地重用大量细粒度的对象.

• 享元对象能做到共享的关键是区分了内部状态和外部状态:
  
  
  • 在享元对象内部并且不会随环境改变而改变的共享部分, 可称之为享元对象的内部状态.
  • 而随环境改变而改变的、不可以共享的状态是外部状态.

在设计开发中,有时需要生产大量细粒度对象来表征数据, 如果这些对象除个别参数外基本相同, 此时如果能把那些参数移到类实例外面, 在方法调用时将其传入, 就可以通过共享大幅度减少类实例数目.

模式实现

案例: 围棋设计

有下棋经验的同学都知道一盘棋的棋子大小、材质、颜色(黑/白)往往都是确定的, 而围棋落子的位置却不一定(看水平高低了O(∩_∩)O！), 因此我们可以将棋子位置从棋子对象中剥离, 然后让棋子对象共享大小、材质、颜色属性, 并在调用时将位置传入, 就可大大减少棋子对象的数量:

Flyweight

所有具体享元类的超类或接口, 通过该接口, Flyweight可以接受并作用于外部状态:

/**
 * @author jifang
 * @since 16/8/26 上午10:27.
 */
public interface Flyweight {
    void operation(Location location);
}

ConcreteFlyweight

实现Flyweight接口, 并为内部状态增加存储空间:

class GoFlyweight implements Flyweight {

    private String color;

    private double radius;

    private String material;

    public GoFlyweight(String color, double radius, String material) {
        this.color = color;
        this.radius = radius;
        this.material = material;
    }

    public String getColor() {
        return color;
    }

    public double getRadius() {
        return radius;
    }

    public String getMaterial() {
        return material;
    }

    @Override
    public void operation(Location location) {
        System.out.println("[" + color + "]棋 [" + material + "]材质 半径[" + radius + "]CM 落在" + location);
    }
}

UnsharedConcreteFlyweight

指不需要共享的Flyweight子类, 因为Flyweight接口共享成为可能, 但它并不强制共享. UnsharedConcreteFlyweight用于解决那些不需要共享对象的问题:

class Location {

    private int locX;

    private int locY;

    public Location() {
    }

    public Location(int locX, int locY) {
        this.locX = locX;
        this.locY = locY;
    }

    public int getLocX() {
        return locX;
    }

    public void setLocX(int locX) {
        this.locX = locX;
    }

    public int getLocY() {
        return locY;
    }

    public void setLocY(int locY) {
        this.locY = locY;
    }


    @Override
    public String toString() {
        return "{" +
                "locX=" + locX +
                ", locY=" + locY +
                ‘}‘;
    }
}

• FlyweightFactory
  享元工厂,用来创建并管理Flyweight对象,作用是确保合理地共享Flyweight, 当用户请求一个Flyweight时, FlyweightFactory提供一个共享实例:

public class FlyweightFactory {

    private static Map<String, GoFlyweight> map = new ConcurrentHashMap<>();

    public static GoFlyweight getGoFlyweight(String color) {
        GoFlyweight flyweight = map.get(color);
        if (flyweight == null) {
            flyweight = new GoFlyweight(color, 1.1, "陶瓷");
            map.put(color, flyweight);
        }
        return flyweight;
    }
}

小结

享元模式可以极大减少内存中对象的数量: 相同/相似对象只保留一份, 节约资源, 提高性能. 且将外部状态剥离, 使外部状态相对独立, 不影响内部状态. 但相比原先的设计, 增加了实现复杂度, 且读取外部状态使得运行时间变长(时间换空间).

• 场景
  如果一个应用使用了大量对象从而造成很大的存储开销时;
  如果对象的有大量外部状态, 且剥离外部状态就可用相对较少的共享对象取代很多实例时;
  
  • ‘池’化资源, 如: 线程池、数据库连接池.
  • String类设计.

参考

《JAVA与模式》之享元模式

C#设计模式(12)——享元模式（Flyweight Pattern）