喝了杯奶茶,竟突发奇想,开始了Java设计模式之享元模式

    科技2024-11-03  13

    定义

    享元模式是对象的结构模式,享元模式以共享的方式高效的支持大量的细粒度对象,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

    享元对象能做到共享的关键在于区分了内蕴状态和外蕴状态

    内蕴状态是存储在享元对象内部的,并且是不会随环境的改变而有所不同,因此,一个享元对象可以具有内蕴状态并且可以共享

    外蕴状态是随着环境的改变而改变的,并且是不可以共享的状态,享元对象的外蕴状态必须是由客户端保存,并且是在享元对象创建之后,在需要使用的时候再传到享元对象内部

    外蕴状态不可以影响享元对象的内蕴状态,换句话说,它们是相互独立的

    意图

    运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象

    主要解决问题

    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

    何时使用

    系统中存在大量的对象,并且消耗了大量的内存,这些对象的状态大部分可以外部化,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

    优缺点

    优点: 大大减少对象的创建,降低系统的内存,使效率提高

    缺点: 使得系统更加复杂,为了使对象可以共享,需要将一些状态外部化

    结构

     

    涉及的角色:

    抽象享元(Flyweight)角色:所有具体享元类的超类,为这些类规定需要实现的接口具体享元(ConcreteFlyweight)角色:实现抽象享元角色规定的接口,如果有内蕴状态的话,必须为内蕴状态提供存储空间,享元对象的内蕴状态必须与所处的环境无关,从而使得享元对象可以在系统中共存享元(FlyweightFactory)工厂角色:负责创建和管理享元角色,本角色必须保证享元对象可以被系统适当的共享,当客户端调用享元对象的时候,享元工厂会检查系统中是不是已经有了符合要求的享元对象,如果有了就提供这个对象,如果没有享元工厂就应当创建一个合适的享元对象客户端(Client)角色:本角色需要维护一个对所有享元对象的引用,需要自行存储所有享元对象的外蕴状态

    对应源码如下:

    public abstract class Flyweight { /** 一个示意性的方法,参数state是外蕴状态 */ public abstract void operation(String state); } public class ConcreteFlyweight extends Flyweight { private int intrinsicState; public ConcreteFlyweight(int intrinsicState) { this.intrinsicState = intrinsicState; } /** * 外蕴状态作为参量传入 * 改变方法的行为 * 并不改变对象的内蕴状态 */ @Override public void operation(String state) { System.out.println("内蕴状态:" + intrinsicState + ",,外蕴状态:" + state); }} public class FlyweightFactory { private Map<String, Flyweight> map = new HashMap(); private Flyweight flyweight; public FlyweightFactory() { } //内蕴状态作为参量传入 public Flyweight factory(int state) { if (map.containsKey(state)) { return map.get(state); } else { Flyweight fly = new ConcreteFlyweight(state); map.put(String.valueOf(state), fly); return fly; } } public void checkFlyweight() { Flyweight fly; int i = 0; Iterator iterator = map.entrySet().iterator(); while (iterator.hasNext()) { Map.Entry e = (Map.Entry) iterator.next(); System.out.println("Item " + (++i) + ":" + e.getKey()); } }} public class Client { public static void main(String[] args) { FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory(); Flyweight flyweight = factory.factory(888); flyweight.operation("第一次"); flyweight = factory.factory(999); flyweight.operation("第二次"); flyweight = factory.factory(888); flyweight.operation("第三次"); System.out.println(); factory.checkFlyweight(); }}

     

    奶茶摊位的例子

    在这个奶茶摊位上,有一系列口味的奶茶,客人来了之后拿到奶茶付了钱就走了,奶茶有内蕴状态,也就是它的口味,没有外部环境影响,也就是没有外蕴状态

    如果在系统中,对每一杯奶茶都创建一个对象的话,那么就会创建出很多细小的对象出来,如果按照奶茶的口味区分,每一种口味的奶茶都只创建一个对象,然后共享

    下面使用代码实现: 抽象享元角色,也就是每一种奶茶口味需要实现的接口:

    public abstract class Order { /** 将咖啡卖给客人 */ public abstract void sellingCoffee(); /** 返回奶茶的口味 */ public abstract String getFlavor(); }

    具体享元角色,奶茶口味实现抽象享元角色提供的接口:

    public class Flavor extends Order { private String flavor; public Flavor(String flavor) { this.flavor = flavor; } @Override public void sellingCoffee() { System.out.println("将奶茶卖给客人,奶茶口味为:" + this.flavor); } @Override public String getFlavor() { return this.flavor; }}

    摊主提供奶茶,也就是享元工厂,负责创建和管理享元角色:

    public class FlavorFactory { private Order[] flavors = new Flavor[10]; private int ordersMade = 0; private int totalFlavors = 0; /** 根据所需要的口味提供奶茶 */ public Order getOrder(String flavor) { if (ordersMade > 0) { for (int i=0; i<ordersMade; i++) { if (flavor.equals(flavors[i].getFlavor())) { return flavors[i]; } } } flavors[ordersMade] = new Flavor(flavor); totalFlavors++; return flavors[ordersMade++]; } /** 返回所有的奶茶口味 */ public int getTotalFlavors() { return totalFlavors; }}

    客户端:

    public class Client { private static Order[] flavors = new Flavor[10]; private static int ordersMade = 0; private static FlavorFactory factory; private static void taskOrder(String flavor) { flavors[ordersMade++] = factory.getOrder(flavor); } public static void main(String[] args) { factory = new FlavorFactory(); taskOrder("原味"); taskOrder("香蕉"); taskOrder("原味"); taskOrder("草莓"); taskOrder("草莓"); for (int i=0; i<ordersMade; i++) { flavors[i].sellingCoffee(); } System.out.println("总共买奶茶人数:" + ordersMade); System.out.println("总共卖出奶茶口味数:" + factory.getTotalFlavors()); }}

     

    可以看到,虽然客人买了5杯奶茶,但是奶茶的口味只有三种

    奶茶店的例子

    奶茶摊位没有提供桌椅给客人,也就是没有外部环境影响,现在奶茶店提供了桌椅,那么桌椅就是外蕴状态

    抽象享元角色,也就是每一种奶茶口味需要实现的接口:

    public abstract class Order { /** 将咖啡卖给客人 */ public abstract void sellingCoffee(Table table); /** 返回奶茶的口味 */ public abstract String getFlavor(); }

    具体享元角色,奶茶口味实现抽象享元角色提供的接口:

    public class Flavor extends Order { private String flavor; public Flavor(String flavor) { this.flavor = flavor; } @Override public void sellingCoffee(Table table) { System.out.println("将奶茶卖给客人,奶茶口味为:" + this.flavor + ",客人所坐桌子号码为:" + table.getNumber()); } @Override public String getFlavor() { return this.flavor; }}

    奶茶店提供奶茶,也就是享元工厂,负责创建和管理享元角色:

    public class FlavorFactory { private Order[] flavors = new Flavor[10]; private int ordersMade = 0; private int totalFlavors = 0; /** 根据所需要的口味提供奶茶 */ public Order getOrder(String flavor) { if (ordersMade > 0) { for (int i=0; i<ordersMade; i++) { if (flavor.equals(flavors[i].getFlavor())) { return flavors[i]; } } } flavors[ordersMade] = new Flavor(flavor); totalFlavors++; return flavors[ordersMade++]; } /** 返回所有的奶茶口味 */ public int getTotalFlavors() { return totalFlavors; }}

    环境角色,桌椅:

    public class Table { /** 桌子号码 */ private int number; public Table(int number) { this.number = number; } public int getNumber() { return number; } public void setNumber(int number) { this.number = number; }}

    客户端:

    public class Client { private static Order[] flavors = new Flavor[10]; private static int ordersMade = 0; private static FlavorFactory factory; private static void taskOrder(String flavor) { flavors[ordersMade++] = factory.getOrder(flavor); } public static void main(String[] args) { factory = new FlavorFactory(); taskOrder("原味"); taskOrder("香蕉"); taskOrder("原味"); taskOrder("草莓"); taskOrder("草莓"); for (int i=0; i<ordersMade; i++) { flavors[i].sellingCoffee(new Table(i+1)); } System.out.println("总共买奶茶人数:" + ordersMade); System.out.println("总共卖出奶茶口味数:" + factory.getTotalFlavors()); }}

     

    在什么情况下使用享元模式

    一个系统中有大量的对象这些对象消耗大量的内存这些对象的状态中大部分都可以外部化这些对象可以按照内蕴状态分为很多组,当把外蕴状态从对象中剔除时,每一个组都可以用一个对象代替软件系统不依赖这些对象的身份,即这些对象可以是不可分辨的
    Processed: 0.015, SQL: 8