23種設(shè)計模式（21）java享元模式

更新時間：2018年01月27日 10:34:05 作者：java_my_life

這篇文章主要為大家詳細介紹了23種設(shè)計模式之java享元模式，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

在閻宏博士的《JAVA與模式》一書中開頭是這樣描述享元（Flyweight）模式的：

Flyweight在拳擊比賽中指最輕量級，即“蠅量級”或“雨量級”，這里選擇使用“享元模式”的意譯，是因為這樣更能反映模式的用意。享元模式是對象的結(jié)構(gòu)模式。享元模式以共享的方式高效地支持大量的細粒度對象。

Java中的String類型

　　在JAVA語言中，String類型就是使用了享元模式。String對象是final類型，對象一旦創(chuàng)建就不可改變。在JAVA中字符串常量都是存在常量池中的，JAVA會確保一個字符串常量在常量池中只有一個拷貝。String a="abc"，其中"abc"就是一個字符串常量。

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

上面的例子中結(jié)果為：true ，這就說明a和b兩個引用都指向了常量池中的同一個字符串常量"abc"。這樣的設(shè)計避免了在創(chuàng)建N多相同對象時所產(chǎn)生的不必要的大量的資源消耗。

享元模式的結(jié)構(gòu)

　　享元模式采用一個共享來避免大量擁有相同內(nèi)容對象的開銷。這種開銷最常見、最直觀的就是內(nèi)存的損耗。享元對象能做到共享的關(guān)鍵是區(qū)分內(nèi)蘊狀態(tài)(Internal State)和外蘊狀態(tài)(External State) 。

一個內(nèi)蘊狀態(tài)是存儲在享元對象內(nèi)部的，并且是不會隨環(huán)境的改變而有所不同。因此，一個享元可以具有內(nèi)蘊狀態(tài)并可以共享。

　一個外蘊狀態(tài)是隨環(huán)境的改變而改變的、不可以共享的。享元對象的外蘊狀態(tài)必須由客戶端保存，并在享元對象被創(chuàng)建之后，在需要使用的時候再傳入到享元對象內(nèi)部。外蘊狀態(tài)不可以影響享元對象的內(nèi)蘊狀態(tài)，它們是相互獨立的。

　　享元模式可以分成單純享元模式和復(fù)合享元模式兩種形式。

單純享元模式　　

　　在單純的享元模式中，所有的享元對象都是可以共享的。

單純享元模式所涉及到的角色如下：

抽象享元(Flyweight)角色：給出一個抽象接口，以規(guī)定出所有具體享元角色需要實現(xiàn)的方法。
具體享元(ConcreteFlyweight)角色：實現(xiàn)抽象享元角色所規(guī)定出的接口。如果有內(nèi)蘊狀態(tài)的話，必須負責(zé)為內(nèi)蘊狀態(tài)提供存儲空間。
享元工廠(FlyweightFactory)角色：本角色負責(zé)創(chuàng)建和管理享元角色。本角色必須保證享元對象可以被系統(tǒng)適當(dāng)?shù)毓蚕?。?dāng)一個客戶端對象調(diào)用一個享元對象的時候，享元工廠角色會檢查系統(tǒng)中是否已經(jīng)有一個符合要求的享元對象。如果已經(jīng)有了，享元工廠角色就應(yīng)當(dāng)提供這個已有的享元對象；如果系統(tǒng)中沒有一個適當(dāng)?shù)南碓獙ο蟮脑?，享元工廠角色就應(yīng)當(dāng)創(chuàng)建一個合適的享元對象。

源代碼

抽象享元角色類

public interface Flyweight {
 //一個示意性方法，參數(shù)state是外蘊狀態(tài)
 public void operation(String state);
}

具體享元角色類ConcreteFlyweight有一個內(nèi)蘊狀態(tài)，在本例中一個Character類型的intrinsicState屬性代表，它的值應(yīng)當(dāng)在享元對象被創(chuàng)建時賦予。所有的內(nèi)蘊狀態(tài)在對象創(chuàng)建之后，就不會再改變了。

如果一個享元對象有外蘊狀態(tài)的話，所有的外部狀態(tài)都必須存儲在客戶端，在使用享元對象時，再由客戶端傳入享元對象。這里只有一個外蘊狀態(tài)，operation()方法的參數(shù)state就是由外部傳入的外蘊狀態(tài)。

public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
 private Character intrinsicState = null;
 /**
 * 構(gòu)造函數(shù)，內(nèi)蘊狀態(tài)作為參數(shù)傳入
 * @param state
 */
 public ConcreteFlyweight(Character state){
  this.intrinsicState = state;
 }
 
 /**
 * 外蘊狀態(tài)作為參數(shù)傳入方法中，改變方法的行為，
 * 但是并不改變對象的內(nèi)蘊狀態(tài)。
 */
 @Override
 public void operation(String state) {
  // TODO Auto-generated method stub
  System.out.println("Intrinsic State = " + this.intrinsicState);
  System.out.println("Extrinsic State = " + state);
 }
}

享元工廠角色類，必須指出的是，客戶端不可以直接將具體享元類實例化，而必須通過一個工廠對象，利用一個factory()方法得到享元對象。一般而言，享元工廠對象在整個系統(tǒng)中只有一個，因此也可以使用單例模式。

當(dāng)客戶端需要單純享元對象的時候，需要調(diào)用享元工廠的factory()方法，并傳入所需的單純享元對象的內(nèi)蘊狀態(tài)，由工廠方法產(chǎn)生所需要的享元對象。

public class FlyweightFactory {
 private Map<Character,Flyweight> files = new HashMap<Character,Flyweight>();
 
 public Flyweight factory(Character state){
  //先從緩存中查找對象
  Flyweight fly = files.get(state);
  if(fly == null){
   //如果對象不存在則創(chuàng)建一個新的Flyweight對象
   fly = new ConcreteFlyweight(state);
   //把這個新的Flyweight對象添加到緩存中
   files.put(state, fly);
  }
  return fly;
 }
}

客戶端類

public class Client {

 public static void main(String[] args) {
  // TODO Auto-generated method stub
  FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
  Flyweight fly = factory.factory(new Character('a'));
  fly.operation("First Call");
  
  fly = factory.factory(new Character('b'));
  fly.operation("Second Call");
  
  fly = factory.factory(new Character('a'));
  fly.operation("Third Call");
 }
}

雖然客戶端申請了三個享元對象，但是實際創(chuàng)建的享元對象只有兩個，這就是共享的含義。運行結(jié)果如下：

復(fù)合享元模式

　　在單純享元模式中，所有的享元對象都是單純享元對象，也就是說都是可以直接共享的。還有一種較為復(fù)雜的情況，將一些單純享元使用合成模式加以復(fù)合，形成復(fù)合享元對象。這樣的復(fù)合享元對象本身不能共享，但是它們可以分解成單純享元對象，而后者則可以共享。

復(fù)合享元角色所涉及到的角色如下：

抽象享元(Flyweight)角色：給出一個抽象接口，以規(guī)定出所有具體享元角色需要實現(xiàn)的方法。

具體享元(ConcreteFlyweight)角色：實現(xiàn)抽象享元角色所規(guī)定出的接口。如果有內(nèi)蘊狀態(tài)的話，必須負責(zé)為內(nèi)蘊狀態(tài)提供存儲空間。

復(fù)合享元(ConcreteCompositeFlyweight)角色：復(fù)合享元角色所代表的對象是不可以共享的，但是一個復(fù)合享元對象可以分解成為多個本身是單純享元對象的組合。復(fù)合享元角色又稱作不可共享的享元對象。

享元工廠(FlyweightFactory)角色：本角色負責(zé)創(chuàng)建和管理享元角色。本角色必須保證享元對象可以被系統(tǒng)適當(dāng)?shù)毓蚕?。?dāng)一個客戶端對象調(diào)用一個享元對象的時候，享元工廠角色會檢查系統(tǒng)中是否已經(jīng)有一個符合要求的享元對象。如果已經(jīng)有了，享元工廠角色就應(yīng)當(dāng)提供這個已有的享元對象；如果系統(tǒng)中沒有一個適當(dāng)?shù)南碓獙ο蟮脑?，享元工廠角色就應(yīng)當(dāng)創(chuàng)建一個合適的享元對象。

源代碼

抽象享元角色類

public interface Flyweight {
 //一個示意性方法，參數(shù)state是外蘊狀態(tài)
 public void operation(String state);
}

具體享元角色類

public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
 private Character intrinsicState = null;
 /**
 * 構(gòu)造函數(shù)，內(nèi)蘊狀態(tài)作為參數(shù)傳入
 * @param state
 */
 public ConcreteFlyweight(Character state){
  this.intrinsicState = state;
 }
 
 /**
 * 外蘊狀態(tài)作為參數(shù)傳入方法中，改變方法的行為，
 * 但是并不改變對象的內(nèi)蘊狀態(tài)。
 */
 @Override
 public void operation(String state) {
  // TODO Auto-generated method stub
  System.out.println("Intrinsic State = " + this.intrinsicState);
  System.out.println("Extrinsic State = " + state);
 }

}

復(fù)合享元對象是由單純享元對象通過復(fù)合而成的，因此它提供了add()這樣的聚集管理方法。由于一個復(fù)合享元對象具有不同的聚集元素，這些聚集元素在復(fù)合享元對象被創(chuàng)建之后加入，這本身就意味著復(fù)合享元對象的狀態(tài)是會改變的，因此復(fù)合享元對象是不能共享的。

復(fù)合享元角色實現(xiàn)了抽象享元角色所規(guī)定的接口，也就是operation()方法，這個方法有一個參數(shù)，代表復(fù)合享元對象的外蘊狀態(tài)。一個復(fù)合享元對象的所有單純享元對象元素的外蘊狀態(tài)都是與復(fù)合享元對象的外蘊狀態(tài)相等的；而一個復(fù)合享元對象所含有的單純享元對象的內(nèi)蘊狀態(tài)一般是不相等的，不然就沒有使用價值了。

public class ConcreteCompositeFlyweight implements Flyweight {
 
 private Map<Character,Flyweight> files = new HashMap<Character,Flyweight>();
 /**
 * 增加一個新的單純享元對象到聚集中
 */
 public void add(Character key , Flyweight fly){
  files.put(key,fly);
 }
 /**
 * 外蘊狀態(tài)作為參數(shù)傳入到方法中
 */
 @Override
 public void operation(String state) {
  Flyweight fly = null;
  for(Object o : files.keySet()){
   fly = files.get(o);
   fly.operation(state);
  } 
 }
}

享元工廠角色提供兩種不同的方法，一種用于提供單純享元對象，另一種用于提供復(fù)合享元對象。

public class FlyweightFactory {
 private Map<Character,Flyweight> files = new HashMap<Character,Flyweight>();
 /**
 * 復(fù)合享元工廠方法
 */
 public Flyweight factory(List<Character> compositeState){
  ConcreteCompositeFlyweight compositeFly = new ConcreteCompositeFlyweight();
  
  for(Character state : compositeState){
   compositeFly.add(state,this.factory(state));
  }
  
  return compositeFly;
 }
 /**
 * 單純享元工廠方法
 */
 public Flyweight factory(Character state){
  //先從緩存中查找對象
  Flyweight fly = files.get(state);
  if(fly == null){
   //如果對象不存在則創(chuàng)建一個新的Flyweight對象
   fly = new ConcreteFlyweight(state);
   //把這個新的Flyweight對象添加到緩存中
   files.put(state, fly);
  }
  return fly;
 }
}

客戶端角色

public class Client {

 public static void main(String[] args) {
  List<Character> compositeState = new ArrayList<Character>();
  compositeState.add('a');
  compositeState.add('b');
  compositeState.add('c');
  compositeState.add('a');
  compositeState.add('b');
  
  FlyweightFactory flyFactory = new FlyweightFactory();
  Flyweight compositeFly1 = flyFactory.factory(compositeState);
  Flyweight compositeFly2 = flyFactory.factory(compositeState);
  compositeFly1.operation("Composite Call");
  
  System.out.println("---------------------------------");  
  System.out.println("復(fù)合享元模式是否可以共享對象：" + (compositeFly1 == compositeFly2));
  
  Character state = 'a';
  Flyweight fly1 = flyFactory.factory(state);
  Flyweight fly2 = flyFactory.factory(state);
  System.out.println("單純享元模式是否可以共享對象：" + (fly1 == fly2));
 }
}

運行結(jié)果如下：

從運行結(jié)果可以看出，一個復(fù)合享元對象的所有單純享元對象元素的外蘊狀態(tài)都是與復(fù)合享元對象的外蘊狀態(tài)相等的。即外運狀態(tài)都等于Composite Call。
從運行結(jié)果可以看出，一個復(fù)合享元對象所含有的單純享元對象的內(nèi)蘊狀態(tài)一般是不相等的。即內(nèi)蘊狀態(tài)分別為b、c、a。
從運行結(jié)果可以看出，復(fù)合享元對象是不能共享的。即使用相同的對象compositeState通過工廠分別兩次創(chuàng)建出的對象不是同一個對象。
從運行結(jié)果可以看出，單純享元對象是可以共享的。即使用相同的對象state通過工廠分別兩次創(chuàng)建出的對象是同一個對象。

享元模式的優(yōu)缺點

享元模式的優(yōu)點在于它大幅度地降低內(nèi)存中對象的數(shù)量。但是，它做到這一點所付出的代價也是很高的：

享元模式使得系統(tǒng)更加復(fù)雜。為了使對象可以共享，需要將一些狀態(tài)外部化，這使得程序的邏輯復(fù)雜化。
享元模式將享元對象的狀態(tài)外部化，而讀取外部狀態(tài)使得運行時間稍微變長。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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