Java設(shè)計(jì)模式之享元模式
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(huì)以String和基本數(shù)據(jù)類型的包裝類對該模式的設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)卻陷于了長長的隊(duì)伍。
老王注意到,每次售票員賣票時(shí)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(shí)際上就是享元模式的設(shè)計(jì)思想,它是構(gòu)造型設(shè)計(jì)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(gè)實(shí)例,以降低系統(tǒng)創(chuàng)建對象實(shí)例的性能消耗。
享元模式包含三個(gè)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(shí)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(gè)客戶端對象調(diào)用一個(gè)享元對象的時(shí)候,享元工廠角色會(huì)檢查系統(tǒng)中是否已經(jīng)有一個(gè)符合要求的享元對象,如果已有,享元工廠角色就提供這個(gè)已有的享元對象;如果沒有就創(chuàng)建一個(gè)。
老王基于享元模式開發(fā)了一套賣票系統(tǒng),如果起點(diǎn)和終點(diǎn)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(jià),參數(shù)為列車類型 public void showPrice(String type); }
具體享元實(shí)現(xiàn)類:
/** * 享元實(shí)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(jià)為200元"); }else{ System.out.println("從"+from+"到"+to+"的兒童票價(jià)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(shí) 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(shí)現(xiàn)的典型案例。核心其實(shí)就是享元工廠類,享元工廠類設(shè)置一個(gè)緩存池,根據(jù)條件判斷是否屬于一個(gè)對象,如果是一個(gè)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(huì)確保一個(gè)字符串在常量池中只有一個(gè)拷貝,這個(gè)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(gè)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(gè)變量,第二種方式除了是一個(gè)堆中的普通對象以外,還會(huì)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(shí)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(gè)變量時(shí),使用Integer i1 = 88,編譯器是不會(huì)報(bào)錯(cuò)的,在這Java上面的一個(gè)概念就叫自動(dòng)裝箱,編譯器會(huì)自動(dòng) 使用valueOf()方法創(chuàng)建一個(gè)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(gè)內(nèi)部類。
這里的 IntegerCache 相當(dāng)于享元設(shè)計(jì)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(huì)有判定一個(gè)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(gè)對象是否是同一個(gè)的判斷標(biāo)準(zhǔn)就是,一個(gè)字節(jié)的大小(-128 到 127 之間的數(shù)據(jù))都作為一個(gè)對象。
既然說到了自動(dòng)裝箱,那相對應(yīng)的也一定會(huì)有自動(dòng)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(shí)候,觸發(fā)自動(dòng)拆箱操作,將 i1中的數(shù)據(jù)取出,賦值給 j,這就是自動(dòng)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。
四、總結(jié)
享元模式與我們常說的緩存的概念很相似,總體來說還是一個(gè)很簡單的設(shè)計(jì)模式,在我們實(shí)際使用中為了提高對象利用率,可以有意識的使用這種模式。
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