Java設(shè)計模式之享元模式

更新時間：2022年10月11日 09:08:07 作者：tianClassmate

這篇文章介紹了Java設(shè)計模式之享元模式，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)。對大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價值，需要的朋友可以參考下

本文通過優(yōu)化買票的重復(fù)流程來說明享元模式，為了加深對該模式的理解，會以String和基本數(shù)據(jù)類型的包裝類對該模式的設(shè)計進(jìn)一步說明。

讀者可以拉取完整代碼到本地進(jìn)行學(xué)習(xí)，實現(xiàn)代碼均測試通過后上傳到碼云，本地源碼下載。

一、引出問題

鑒于小王之前的優(yōu)質(zhì)表現(xiàn)，老王決定帶小王出去旅游一下，但在火車站買票時卻陷于了長長的隊伍。

老王注意到，每次售票員賣票時都重新走一遍賣票的所有流程，很明顯，如果始發(fā)地和目的地如果一樣的成人票和兒童票是可以復(fù)用流程的，如果復(fù)用的話就可以大大提高賣票效率。

二、概念和使用

上面所說的復(fù)用流程實際上就是享元模式的設(shè)計思想，它是構(gòu)造型設(shè)計模式之一，它通過共享數(shù)據(jù)使得相同對象在內(nèi)存中僅創(chuàng)建一個實例，以降低系統(tǒng)創(chuàng)建對象實例的性能消耗。

享元模式包含三個角色：

（1）抽象享元Flyweight類：享元對象抽象基類或接口。

（2）具體享元ConcreteFlyweight類：實現(xiàn)抽象享元類。

（3）享元工ctory類：廠FlyweightFa享元模式的核心模塊，負(fù)責(zé)管理享元對象池、創(chuàng)建享元對象，保證享元對象可以被系統(tǒng)適當(dāng)?shù)毓蚕怼?/p>

當(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，如果已有，享元工廠角色就提供這個已有的享元對象；如果沒有就創(chuàng)建一個。

老王基于享元模式開發(fā)了一套賣票系統(tǒng)，如果起點和終點一樣，成人票和兒童票就可以復(fù)用一套流程。

抽象享元類：

/**
 * 抽象享元類
 */
public interface Ticket {
    //顯示票價，參數(shù)為列車類型
    public void showPrice(String type);

}

具體享元實現(xiàn)類：

/**
 * 享元實現(xiàn)類
 * @author tcy
 * @Date 11-08-2022
 */
public class ConcreteTicket implements Ticket{

    String from;
    String to;
    public ConcreteTicket(String from,String to){
        this.from = from;
        this.to = to;
    }

    @Override
    public void showPrice(String type) {
        if(type.equals("adult")){
            System.out.println("從"+from+"到"+to+"的成人票價為200元");
        }else{
            System.out.println("從"+from+"到"+to+"的兒童票價為100元");
        }

    }
}

享元工廠類：

/**
 * 享元工廠
 * @author tcy
 * @Date 11-08-2022
 */
public class TicketFactory {

    static Map<String,Ticket> map= new ConcurrentHashMap< String,Ticket >();

    public static Ticket getTicket(String from,String to){
        String key = from+to;
        if(map.containsKey(key)){
            System.out.println("使用緩存"+key);
            return map.get(key);
        }else{
            System.out.println("創(chuàng)建對象"+key);
            Ticket ticket = new ConcreteTicket(from,to);
            map.put(key, ticket);
            return ticket;
        }
    }

}

客戶端調(diào)用：

/**
 * @author tcy
 * @Date 11-08-2022
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //使用時
        TicketFactory.getTicket("南京","杭州").showPrice("adult");
        TicketFactory.getTicket("南京","杭州").showPrice("children");
    }
}

上面例子是享元模式實現(xiàn)的典型案例。核心其實就是享元工廠類，享元工廠類設(shè)置一個緩存池，根據(jù)條件判斷是否屬于一個對象，如果是一個對象就不再重新創(chuàng)建，直接使用緩存池中的。

三、運(yùn)用

1、jdk中的String就是典型的采用的享元模式的思想。

Java中將String類定義為final（不可改變的），JVM中字符串一般保存在字符串常量池中，java會確保一個字符串在常量池中只有一個拷貝，這個字符串常量池在JDK6.0以前是位于常量池中，位于永久代，而在JDK7.0中，JVM將其從永久代拿出來放置于堆中。

創(chuàng)建一個字符串有兩種方式，一種是直接String="hello"，另外一種是String s =new String("hello")，第一種是直接在字符串常量池聲明一個變量，第二種方式除了是一個堆中的普通對象以外，還會在字符串常量池保存一份。

我們經(jīng)常使用的一些基本數(shù)據(jù)類型的包裝類實際上也使用了享元模式。我們以Integer 舉例，其他包裝類類似。

當(dāng)我們聲明一個變量時，使用Integer i1 = 88，編譯器是不會報錯的，在這Java上面的一個概念就叫自動裝箱，編譯器會自動使用valueOf()方法創(chuàng)建一個Integer對象并把值賦給該對象。

查看valueOf()方法，如下：

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

Integer 使用享元模式的核心就在于IntegerCache，它是Integer 的一個內(nèi)部類。

這里的 IntegerCache 相當(dāng)于享元設(shè)計模式中的享元對象工廠類，既然是享元對象工廠類就一定會有判定一個對象是否一樣的條件。

private static class IntegerCache {
    static final int low = -128;
    static final int high;
    static final Integer cache[];
    static {
        // high value may be configured by property
        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) {
                // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
            }
        }
        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() {}
}

通過源碼我們可以看到，IntegerCache 的判定一個對象是否是同一個的判斷標(biāo)準(zhǔn)就是，一個字節(jié)的大?。?128 到 127 之間的數(shù)據(jù)）都作為一個對象。

既然說到了自動裝箱，那相對應(yīng)的也一定會有自動拆箱。

當(dāng)把包裝器類型的變量i1，賦值給基本數(shù)據(jù)類型變量 j 的時候，觸發(fā)自動拆箱操作，將 i1中的數(shù)據(jù)取出，賦值給 j，這就是自動拆箱的過程。

其他包裝器類型，比如 Long、Short、Byte 等，也都利用了享元模式來緩存 -128 到 127 之間的數(shù)據(jù)。比如，Long 類型對應(yīng)的 LongCache 享元工廠類。