Java设计模式——享元模式

概述

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。

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本文作者：Coding-Naga

发表日期： 2016年4月25日

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来源：CSDN

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享元模式
定义

单纯享元模式

不共享的享元模式

复合享元模式

JDK 里的享元模式

Ref

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享元模式

定义

享元模式是一种结构型模式，运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

单纯享元模式

在享元模式中，就其定义我们可以构建出单纯的享元模式。下图是单纯享元模式的类图：



在单纯的享元模式中，需要给出一个抽象接口，以规定出所有具体享元角色需要实现的方法。实现如下：

Flyweight.java

public interface Flyweight {
public void operation(String state);
}

对于享元部分，ConcreteFlyweight 必须是可共享的，它保存的任何状态都必须是内部(intrinsic)，ConcreteFlyweight 必须和它的应用环境场合无关。比如字符串 “Hello” 就无需关心使用它的场合，它是一个不可变的对象。

ConcreteFlyweight.java

public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {

private String intrinsicState = null;

/**
* 构造函数 内蕴状态作为参数传入
*/
public ConcreteFlyweight(String _intrinsicState) {
this.intrinsicState = _intrinsicState;
}

/**
* 外蕴状态作为参数传入方法中 改变方法的行为 但是并不改变对象的内蕴状态
*/
@Override
public void operation(String extrinsicState) {
System.out.println("内蕴状态：" + intrinsicState);
System.out.println("外蕴状态：" + extrinsicState);
}

}

在享元模式中，有一个至关重要的模块就是工厂模块了。在 Flyweight Factory 里维护了一个 Flyweight 池(存放内部状态)，Flyweight Factory 就是通过这个 Flyweight 池对整个享元模式进行控制。

FlyweightFactory.java

public class FlyweightFactory {

private Map<Integer, Flyweight> labels = new HashMap<Integer, Flyweight>();

public Flyweight factory(String intrinsicState) {

int hashCode = intrinsicState.hashCode();

Flyweight fly = labels.get(hashCode);

if (fly == null) {
fly = new ConcreteFlyweight(intrinsicState);
labels.put(hashCode, fly);
}

return fly;
}
}

在上面的工厂模块中可以看到，FlyweightFactory 实际上是起到了一个过滤筛选的功能，过滤重复的对象，缓存新对象。

不共享的享元模式

与共享的享元对象相对的就是不共享的享元对象。关于不共享的享元对象，可能你会有一些疑问，既然不共享，为何还要包含到享元模式中来呢？这可能是出于完整性的考虑，或是要某些场景下既要使用共享的享元，又要使用不共享的享元吧。关于这一点本人也还没有完全理解，也有可能根本不需要这一个不共享的享元对象吧。下面是不共享的享元类图：



不共享的享元实现与 ConcreteFlyweight 无异。如下：

UnsharedConcreteFlyweight.java

public class UnsharedConcreteFlyweight implements Flyweight {

private String intrinsicState = null;

public UnsharedConcreteFlyweight(String _intrinsicState) {
this.intrinsicState = _intrinsicState;
}

@Override
public void operation(String extrinsicState) {
System.out.println("内蕴状态：" + intrinsicState);
System.out.println("外蕴状态：" + extrinsicState);
}
}

下面是对单纯的享元与不共享的享元进行测试的代码。

Client.java

public class Client {

public static void main(String[] args) {
FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();

Flyweight fly1 = factory.factory("Hello");
fly1.operation("ExtrinsicState-1");

Flyweight fly2 = factory.factory("DesignPattern");
fly2.operation("ExtrinsicState-2");

Flyweight fly3 = factory.factory("Flyweight");
fly3.operation("ExtrinsicState-3");

Flyweight fly4 = factory.factory("Hello");
fly4.operation("ExtrinsicState-4");

System.out.println("fly1 == fly2 ? " + (fly1 == fly2));
System.out.println("fly1 == fly3 ? " + (fly1 == fly3));
System.out.println("fly1 == fly4 ? " + (fly1 == fly4));

Flyweight fly5 = new UnsharedConcreteFlyweight("Unshared");
fly5.operation("ExtrinsicState-5");
}
}

内蕴状态：Hello
外蕴状态：ExtrinsicState-1
内蕴状态：DesignPattern
外蕴状态：ExtrinsicState-2
内蕴状态：Flyweight
外蕴状态：ExtrinsicState-3
内蕴状态：Hello
外蕴状态：ExtrinsicState-4
fly1 == fly2 ? false
fly1 == fly3 ? false
fly1 == fly4 ? true
内蕴状态：Unshared
外蕴状态：ExtrinsicState-5

复合享元模式

在上面的单纯享元中，所有的享元可以说是在同一个分组里。有时候这样的大集合可能并不能发挥出很好的应用功能，所以引入了复合式的享元模式。下面是复合式享元模式类图：



复合式享元相当于多个单纯享元的集合。也就是说复合享元相当于对单纯享元进行了一个再分组，在复合享元的每个分组里又是一个独立的单纯享元模式。相关关键代码如下：

ConcreteCompositeFlyweight.java

public class ConcreteCompositeFlyweight implements Flyweight {

private Map<Integer, Flyweight> labels = new HashMap<Integer, Flyweight>();

public void add(int key, Flyweight flyweight) {
labels.put(key, flyweight);
}

@Override
public void operation(String extrinsicState) {
Flyweight flyweight = null;
for (Object key : labels.keySet()) {
flyweight = labels.get(key);
flyweight.operation(extrinsicState);
}
}
}

对于其构建工厂也需要进行重新设计，如下：

FlyweightFactory.java

public class FlyweightFactory {

private Map<Integer, Flyweight> labels = new HashMap<Integer, Flyweight>();

/**
* 单纯享元工厂
*/
public Flyweight factory(String intrinsicState) {
... ...
return fly;
}

/**
* 复合享元工厂
*/
public Flyweight compositeFactory(List<String> intrinsicStates) {
ConcreteCompositeFlyweight flyweight = new ConcreteCompositeFlyweight();

for (String intrinsicState : intrinsicStates) {
flyweight.add(intrinsicState.hashCode(), factory(intrinsicState));
}

return flyweight;
}
}

测试类

Client.java

public void compositeFlyweight() {
List<String> intrinsicStates = new ArrayList<String>();
intrinsicStates.add("Hello");
intrinsicStates.add("Java");
intrinsicStates.add("DesignPattern");
intrinsicStates.add("Flyweight");

FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
Flyweight flyweight1 = factory.compositeFactory(intrinsicStates);
Flyweight flyweight2 = factory.compositeFactory(intrinsicStates);
System.out.println("flyweight1 == flyweight2 ? " + (flyweight1 == flyweight2));

flyweight1.operation("复合享元-1");
flyweight2.operation("复合享元-2");
}

flyweight1 == flyweight2 ? false
内蕴状态：Java
外蕴状态：复合享元-1
内蕴状态：Flyweight
外蕴状态：复合享元-1
内蕴状态：Hello
外蕴状态：复合享元-1
内蕴状态：DesignPattern
外蕴状态：复合享元-1
内蕴状态：Java
外蕴状态：复合享元-2
内蕴状态：Flyweight
外蕴状态：复合享元-2
内蕴状态：Hello
外蕴状态：复合享元-2
内蕴状态：DesignPattern
外蕴状态：复合享元-2

JDK 里的享元模式

在 JDK 的设计里，也有很享元模式。比如一些常量池的设计（String 常量池、Integer 常量池等等）；

Ref

《23 种 Java 设计模式》

http://www.runoob.com/design-pattern/flyweight-pattern.html

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

GitHub 源码下载

https://github.com/William-Hai/DesignPatternCollections