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《Java设计模式》之享元模式

Simon丶Ma
 Simon丶Ma
发布于 2016/04/14 14:44
字数 1974
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 Flyweight在拳击比赛中指最轻量级,即“蝇量级”或“雨量级”,这里选择使用“享元模式”的意译,是因为这样更能反映模式的用意。享元模式是对象的结构模式。享元模式以共享的方式高效地支持大量的细粒度对象。


Java中的String类型

  在JAVA语言中,String类型就是使用了享元模式。String对象是final类型,对象一旦创建就不可改变。在JAVA中字符串常量都是存在常量池中的,JAVA会确保一个字符串常量在常量池中只有一个拷贝。String a="abc",其中"abc"就是一个字符串常量。

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        
        String a = "abc";
        String b = "abc";
        System.out.println(a==b);
        
    }
}



  上面的例子中结果为:true ,这就说明a和b两个引用都指向了常量池中的同一个字符串常量"abc"。这样的设计避免了在创建N多相同对象时所产生的不必要的大量的资源消耗。

 

享元模式的结构

  享元模式采用一个共享来避免大量拥有相同内容对象的开销。这种开销最常见、最直观的就是内存的损耗。享元对象能做到共享的关键是区分内蕴状态(Internal State)外蕴状态(External State)。

  一个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,一个享元可以具有内蕴状态并可以共享。

  一个外蕴状态是随环境的改变而改变的、不可以共享的。享元对象的外蕴状态必须由客户端保存,并在享元对象被创建之后,在需要使用的时候再传入到享元对象内部。外蕴状态不可以影响享元对象的内蕴状态,它们是相互独立的。

  享元模式可以分成单纯享元模式复合享元模式两种形式。

单纯享元模式  

  在单纯的享元模式中,所有的享元对象都是可以共享的。

  单纯享元模式所涉及到的角色如下:

  ●  抽象享元(Flyweight)角色 :给出一个抽象接口,以规定出所有具体享元角色需要实现的方法。

  ●  具体享元(ConcreteFlyweight)角色:实现抽象享元角色所规定出的接口。如果有内蕴状态的话,必须负责为内蕴状态提供存储空间。

  ●  享元工厂(FlyweightFactory)角色 :本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地共享。当一个客户端对象调用一个享元对象的时候,享元工厂角色会检查系统中是否已经有一个符合要求的享元对象。如果已经有了,享元工厂角色就应当提供这个已有的享元对象;如果系统中没有一个适当的享元对象的话,享元工厂角色就应当创建一个合适的享元对象。

解释一下概念:也就是说在一个系统中如果有多个相同的对象,那么只共享一份就可以了,不必每个都去实例化一个对象。比如说一个文本系统,每个字母定一个对象,那么大小写字母一共就是52个,那么就要定义52个对象。如果有一个1M的文本,那么字母是何其的多,如果每个字母都定义一个对象那么内存早就爆了。那么如果要是每个字母都共享一个对象,那么就大大节约了资源。
  在Flyweight模式中,由于要产生各种各样的对象,所以在Flyweight(享元)模式中常出现Factory模式。Flyweight的内部状态是用来共享的,Flyweight factory负责维护一个对象存储池(Flyweight Pool)来存放内部状态的对象。Flyweight模式是一个提高程序效率和性能的模式,会大大加快程序的运行速度.应用场合很多,下面举个例子:
  先定义一个抽象的Flyweight类:

[java]  view plain copy print ? 在CODE上查看代码片 派生到我的代码片
  1. package Flyweight;  
  2. public abstract class Flyweight{  
  3.  public abstract void operation();  
  4. }  

实现一个具体类:

[java]  view plain copy print ? 在CODE上查看代码片 派生到我的代码片
  1. package Flyweight;  
  2. public class ConcreteFlyweight extends Flyweight{  
  3.  private String string;  
  4.  public ConcreteFlyweight(String str){  
  5.   string = str;  
  6.  }  
  7.  public void operation()  
  8.  {  
  9.   System.out.println("Concrete---Flyweight : " + string);  
  10.  }  
  11. }  

实现一个工厂方法类:

[java]  view plain copy print ? 在CODE上查看代码片 派生到我的代码片
  1. package Flyweight;  
  2. import java.util.Hashtable;  
  3. public class FlyweightFactory{  
  4.  private Hashtable flyweights = new Hashtable();//----------------------------1  
  5.  public FlyweightFactory(){}  
  6.  public Flyweight getFlyWeight(Object obj){  
  7.   Flyweight flyweight = (Flyweight) flyweights.get(obj);//----------------2  
  8.   if(flyweight == null){//---------------------------------------------------3  
  9.    //产生新的ConcreteFlyweight  
  10.    flyweight = new ConcreteFlyweight((String)obj);  
  11.    flyweights.put(obj, flyweight);//--------------------------------------5  
  12.   }  
  13.   return flyweight;//---------------------------------------------------------6  
  14.  }  
  15.  public int getFlyweightSize(){  
  16.   return flyweights.size();  
  17.  }  
  18. }  

这个工厂方法类非常关键,这里详细解释一下:
  在1处定义了一个Hashtable用来存储各个对象;在2处选出要实例化的对象,在6处将该对象返回,如果在Hashtable中没有要选择的对象,此时变量flyweight为null,产生一个新的flyweight存储在Hashtable中,并将该对象返回。
  最后看看Flyweight的调用:

[java]  view plain copy print ? 在CODE上查看代码片 派生到我的代码片
  1. package Flyweight;  
  2. import java.util.Hashtable;  
  3. public class FlyweightPattern{  
  4.  FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();   
  5.  Flyweight fly1;  
  6.  Flyweight fly2;  
  7.  Flyweight fly3;  
  8.  Flyweight fly4;  
  9.  Flyweight fly5;  
  10.  Flyweight fly6;  
  11.  /** *//** Creates a new instance of FlyweightPattern */  
  12.  public FlyweightPattern(){  
  13.   fly1 = factory.getFlyWeight("Google");  
  14.   fly2 = factory.getFlyWeight("Qutr");  
  15.   fly3 = factory.getFlyWeight("Google");  
  16.   fly4 = factory.getFlyWeight("Google");  
  17.   fly5 = factory.getFlyWeight("Google");  
  18.   fly6 = factory.getFlyWeight("Google");  
  19.  }  
  20.  public void showFlyweight(){  
  21.   fly1.operation();  
  22.   fly2.operation();  
  23.   fly3.operation();  
  24.   fly4.operation();  
  25.   fly5.operation();  
  26.   fly6.operation();  
  27.   int objSize = factory.getFlyweightSize();  
  28.   System.out.println("objSize = " + objSize);  
  29.  }  
  30.  public static void main(String[] args){  
  31.   System.out.println("The FlyWeight Pattern!");  
  32.   FlyweightPattern fp = new FlyweightPattern();  
  33.   fp.showFlyweight();  
  34.  }  
  35. }  


下面是运行结果:

[java]  view plain copy print ? 在CODE上查看代码片 派生到我的代码片
  1. Concrete---Flyweight : Google  
  2. Concrete---Flyweight : Qutr  
  3. Concrete---Flyweight : Google  
  4. Concrete---Flyweight : Google  
  5. Concrete---Flyweight : Google  
  6. Concrete---Flyweight : Google  
  7. objSize = 2  


 我们定义了6个对象,其中有5个是相同的,按照Flyweight模式的定义“Google”应该共享一个对象,在实际的对象数中我们可以看出实际的对象却是只有2个。

总结:
  Flyweight(享元)模式是如此的重要,因为它能帮你在一个复杂的系统中大量的节省内存空间。在JAVA语言中,String类型就是使用了享元模式。String对象是final类型,对象一旦创建就不可改变。在JAVA中字符串常量都是存在常量池中的,JAVA会确保一个字符串常量在常量池中只有一个拷贝。String a="abc",其中"abc"就是一个字符串常量。

熟悉java的应该知道下面这个例子:

[java]  view plain copy print ? 在CODE上查看代码片 派生到我的代码片
  1. String a = "hello";  
  2. String b = "hello";  
  3. if(a == b)  
  4.  System.out.println("OK");  
  5. else  
  6.  System.out.println("Error");  

输出结果是:OK。可以看出if条件比较的是两a和b的地址,也可以说是内存空间
核心总结,可以共享的对象,也就是说返回的同一类型的对象其实是同一实例,当客户端要求生成一个对象时,工厂会检测是否存在此对象的实例,如果存在那么直接返回此对象实例,如果不存在就创建一个并保存起来,这点有些单例模式的意思。通常工厂类会有一个集合类型的成员变量来用以保存对象,如hashtable,vector等。在java中,数据库连接池,线程池等即是用享元模式的应用。

 


享元模式的优缺点

  享元模式的优点在于它大幅度地降低内存中对象的数量。但是,它做到这一点所付出的代价也是很高的:

  ●  享元模式使得系统更加复杂。为了使对象可以共享,需要将一些状态外部化,这使得程序的逻辑复杂化。

  ●  享元模式将享元对象的状态外部化,而读取外部状态使得运行时间稍微变长。



本文借鉴:http://www.cnblogs.com/java-my-life/archive/2012/04/26/2468499.html

http://www.cnblogs.com/draem0507/p/3793243.html

© 著作权归作者所有

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