享元模式Java实例及应用场景详解(17)

Java基础 潘老师 6个月前 (06-04) 176 ℃ (0) 扫码查看

享元模式定义

运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似对象的开销,从而提高系统资源的利用率。

享元模式结构

享元(Flyweight )模式中存在以下两种状态:

内部状态:即不会随着环境的改变而改变的可共享部分。
外部状态:指随环境改变而改变的不可以共享的部分。享元模式的实现要领就是区分应用中的这两种状态,并将外部状态外部化。

享元模式的主要有以下角色:

  • 抽象享元角色(Flyweight):通常是一个接口或抽象类,在抽象享元类中声明了具体享元类公共的方法,这些方法可以向外界提供享元对象的内部数据(内部状态),同时也可以通过这些方法来设置外部数据(外部状态)。
  • 具体享元(Concrete Flyweight)角色 :它实现了抽象享元类,称为享元对象;在具体享元类中为内部状态提供了存储空间。通常我们可以结合单例模式来设计具体享元类,为每一个具体享元类提供唯一的享元对象。
  • 非享元(Unsharable Flyweight)角色 :并不是所有的抽象享元类的子类都需要被共享,不能被共享的子类可设计为非共享具体享元类;当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建。
  • 享元工厂(Flyweight Factory)角色 :负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时,享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象,如果存在则提供给客户;如果不存在的话,则创建一个新的享元对象。

享元模式Java实例

【例】俄罗斯方块

下面的图片是众所周知的俄罗斯方块中的一个个方块,如果在俄罗斯方块这个游戏中,每个不同的方块都是一个实例对象,这些对象就要占用很多的内存空间,下面利用享元模式进行实现。
俄罗斯方块种类
先来看采用享元模式设计的类图:
享元模式类图

代码如下:

俄罗斯方块有不同的形状,我们可以对这些形状向上抽取出AbstractBox,用来定义共性的属性和行为。

// 抽象享元角色
public abstract class AbstractBox {
    //获取图形的方法
    public abstract String getShape();
​    //显示图形及颜色
    public void display(String color) {
        System.out.println("方块形状:" + this.getShape() + " 颜色:" + color);
    }
}

接下来就是定义不同的形状了,IBox类、LBox类、OBox类等。

// 这3个都是具体享元角色
public class IBox extends AbstractBox {
​
    @Override
    public String getShape() {
        return "I";
    }
}
​
public class LBox extends AbstractBox {
​
    @Override
    public String getShape() {
        return "L";
    }
}
​
public class OBox extends AbstractBox {
​
    @Override
    public String getShape() {
        return "O";
    }
}

提供了一个工厂类(BoxFactory),用来管理享元对象(也就是AbstractBox子类对象),该工厂类对象只需要一个,所以可以使用单例模式。并给工厂类提供一个获取形状的方法。

// 享元工厂角色,这里采用的是饿汉式单例
public class BoxFactory {
​    //享元池
    private static HashMap<String, AbstractBox> map;
​    //在构造方法中进行初始化操作
    private BoxFactory() {
        map = new HashMap<String, AbstractBox>();
        AbstractBox iBox = new IBox();
        AbstractBox lBox = new LBox();
        AbstractBox oBox = new OBox();
        map.put("I", iBox);
        map.put("L", lBox);
        map.put("O", oBox);
    }
    ​//提供一个方法获取该工厂类对象
    public static final BoxFactory getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
​
    private static class SingletonHolder {
        private static final BoxFactory INSTANCE = new BoxFactory();
    }
    ​//根据名称获取图形对象
    public AbstractBox getBox(String key) {
        return map.get(key);
    }
}

最后,我们提供测试类,进行测试享元模式效果:

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //获取I图形对象
        AbstractBox box1 = BoxFactory.getInstance().getShape("I");
        box1.display("灰色");

        //获取L图形对象
        AbstractBox box2 = BoxFactory.getInstance().getShape("L");
        box2.display("绿色");

        //获取O图形对象
        AbstractBox box3 = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
        box3.display("灰色");

        //获取O图形对象
        AbstractBox box4 = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
        box4.display("红色");

        System.out.println("两次获取到的O图形对象是否是同一个对象:" + (box3 == box4));
    }
}

运行测试类,结果如下:
享元模式模式案例运行结果

享元模式优缺点和使用场景

1,优点

  • 极大减少内存中相似或相同对象数量,节约系统资源,提供系统性能
  • 享元模式中的外部状态相对独立,且不影响内部状态

2,缺点

为了使对象可以共享,需要将享元对象的部分状态外部化,分离内部状态和外部状态,使程序逻辑复杂

享元模式使用场景

  • 一个系统有大量相同或者相似的对象,造成内存的大量耗费。
  • 对象的大部分状态都可以外部化,可以将这些外部状态传入对象中。
  • 在使用享元模式时需要维护一个存储享元对象的享元池,而这需要耗费一定的系统资源,因此,应当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。

JDK源码应用享元模式解析

Integer类使用了享元模式。我们先看下面的例子:

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Integer i1 = 127;
        Integer i2 = 127;
​
        System.out.println("i1和i2对象是否是同一个对象?" + (i1 == i2));
​
        Integer i3 = 128;
        Integer i4 = 128;
​
        System.out.println("i3和i4对象是否是同一个对象?" + (i3 == i4));
    }
}

运行上面代码,结果如下:
JDK源码应用案例结果
为什么第一个输出语句输出的是true,第二个输出语句输出的是false?通过反编译软件进行反编译,代码如下:

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Integer i1 = Integer.valueOf((int)127);
        Integer i2 Integer.valueOf((int)127);
        System.out.println((String)new StringBuilder().append((String)"i1\u548ci2\u5bf9\u8c61\u662f\u5426\u662f\u540c\u4e00\u4e2a\u5bf9\u8c61\uff1f").append((boolean)(i1 == i2)).toString());
        Integer i3 = Integer.valueOf((int)128);
        Integer i4 = Integer.valueOf((int)128);
        System.out.println((String)new StringBuilder().append((String)"i3\u548ci4\u5bf9\u8c61\u662f\u5426\u662f\u540c\u4e00\u4e2a\u5bf9\u8c61\uff1f").append((boolean)(i3 == i4)).toString());
    }
}

上面代码可以看到,直接给Integer类型的变量赋值基本数据类型数据的操作底层使用的是 valueOf() ,所以只需要看该方法即可:

public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {
    
    public static Integer valueOf(int i) {
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
    }
    
    private static class IntegerCache {
        static final int low = -128;
        static final int high;
        static final Integer cache[];
​
        static {
            int h = 127;
            String integerCacheHighPropValue =
                sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
            if (integerCacheHighPropValue != null) {
                try {
                    int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                    i = Math.max(i, 127);
                    // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                    h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
                } catch( NumberFormatException nfe) {
                }
            }
            high = h;
            cache = new Integer[(high - low) + 1];
            int j = low;
            for(int k = 0; k < cache.length; k++)
                cache[k] = new Integer(j++);
            // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
            assert IntegerCache.high >= 127;
        }
​
        private IntegerCache() {}
    }
}

可以看到 Integer 默认先创建并缓存 -128 ~ 127 之间数的 Integer 对象,当调用 valueOf 时如果参数在 -128 ~ 127 之间则计算下标并从缓存中返回,否则创建一个新的 Integer 对象。

教程 Java 23种设计模式详解黑马版在线教程汇总(图解+框架源码分析+实战)

Java 23种设计模式详解教程汇总,一共分为5章节内容,该内容全部取自黑马教程,潘老师觉得内容非常充实,对学 […]


版权声明:本站所有文章,如无特殊说明,均为本站原创。转载请务必注明文章来源,谢谢支持。
本文链接:https://www.panziye.com/java/5054.html
喜欢 (0)
请潘老师喝杯Coffee吧!】
分享 (0)
用户头像
发表我的评论
取消评论
表情 贴图 签到 代码

Hi,您需要填写昵称和邮箱!

  • 昵称【必填】
  • 邮箱【必填】
  • 网址【可选】