Java设计模式之享元模式(UML类图分析+代码详解)

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本文将介绍java设计模式之享元模式

案例引入：

展示网站项目需求：小型的外包项目，给客户A做一个产品展示网站，客户A的朋友感觉效果不错，也希望做这样的产品展示网站，但是要求都有些不同：

1) 有客户要求以新闻的形式发布

2) 有客户人要求以博客的形式发布

3) 有客户希望以微信公众号的形式发布

传统方案解决网站展现项目

1) 直接复制粘贴一份，然后根据客户不同要求，进行定制修改

2) 给每个网站租用一个空间

3) 方案设计示意图

传统方案解决网站展现项目-问题分析

1) 需要的网站结构相似度很高，而且都不是高访问量网站，如果分成多个虚拟空间来处理，相当于一个相同网站的实例对象很多，造成服务器的资源浪费

2) 解决思路：整合到一个网站中，共享其相关的代码和数据，对于硬盘、内存、CPU、数据库空间等服务器资源都可以达成共享，减少服务器资源

3) 对于代码来说，由于是一份实例，维护和扩展都更加容易

4) 上面的解决思路就可以使用享元模式来解决

享元模式基本介绍

1) 享元模式（Flyweight Pattern）也叫蝇量模式: 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象

2) 常用于系统底层开发，解决系统的性能问题。像数据库连接池，里面都是创建好的连接对象，在这些连接对象中有我们需要的则直接拿来用，避免重新创建，如果没有我们需要的，则创建一个

3) 享元模式能够解决重复对象的内存浪费的问题，当系统中有大量相似对象，需要缓冲池时。不需总是创建新对象，可以从缓冲池里拿。这样可以降低系统内存，同时提高效率

4) 享元模式经典的应用场景就是池技术了，String常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用，享元模式是池技术的重要实现方式

享元模式的原理类图

内部状态和外部状态

比如围棋、五子棋、跳棋，它们都有大量的棋子对象，围棋和五子棋只有黑白两色，跳棋颜色多一点，所以棋子颜色就是棋子的内部状态；而各个棋子之间的差别就是位置的不同，当我们落子后， 落子颜色是定的，但位置是变化的，所以棋子坐标就是棋子的外部状态

1) 享元模式提出了两个要求：细粒度和共享对象。这里就涉及到内部状态和外部状态了，即将对象的信息分为两个部分：内部状态和外部状态

2) 内部状态指对象共享出来的信息，存储在享元对象内部且不会随环境的改变而改变

3) 外部状态指对象得以依赖的一个标记，是随环境改变而改变的、不可共享的状态。

4) 举个例子：围棋理论上有361个空位可以放棋子，每盘棋都有可能有两三百个棋子对象产生，因为内存空间有限，一台服务器很难支持更多的玩家玩围棋游戏，如果用享元模式来处理棋子，那么棋子对象就可以减少到只有两个实例，这样就很好的解决了对象的开销问题。

享元模式解决网站展现项目

享元模式应用实例 1) 应用实例要求使用享元模式完成，前面提出的网站外包问题 2) 思路分析和图解(类图) 3) 代码实现

package flyweight;/* <---这是包名
-*- coding:utf-8 -*-
作者：bob-coding
日期：2022年10月15日12:11
敲码百遍，其意多见！！冲冲冲！！！*/import java.util.HashMap;public class FlyWeight {public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub// 创建一个工厂类WebSiteFactory factory = new WebSiteFactory();// 客户要一个以新闻形式发布的网站WebSite webSite1 = factory.getWebSiteCategory("新闻");webSite1.use(new User("tom"));// 客户要一个以博客形式发布的网站WebSite webSite2 = factory.getWebSiteCategory("博客");webSite2.use(new User("jack"));// 客户要一个以博客形式发布的网站WebSite webSite3 = factory.getWebSiteCategory("博客");webSite3.use(new User("smith"));// 客户要一个以博客形式发布的网站WebSite webSite4 = factory.getWebSiteCategory("博客");webSite4.use(new User("king"));System.out.println("网站的分类共" + factory.getWebSiteCount()+"个");}
}//具体网站
class ConcreteWebSite extends WebSite {//共享的部分，内部状态private String type = ""; //网站发布的形式(类型)//构造器public ConcreteWebSite(String type) {this.type = type;}@Overridepublic void use(User user) {// TODO Auto-generated method stubSystem.out.println("网站的发布形式为:" + type + " 在使用中 .. 使用者是" + user.getName());}}// 网站工厂类，根据需要返回一个网站
class WebSiteFactory {//集合， 充当池的作用private HashMap<String, ConcreteWebSite> pool = new HashMap<>();//根据网站的类型，返回一个网站, 如果没有就创建一个网站，并放入到池中,并返回public WebSite getWebSiteCategory(String type) {if(!pool.containsKey(type)) {//就创建一个网站，并放入到池中pool.put(type, new ConcreteWebSite(type));}return (WebSite)pool.get(type);}//获取网站分类的总数 (池中有多少个网站类型)public int getWebSiteCount() {return pool.size();}
}class User {private String name;public User(String name) {super();this.name = name;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}}abstract class WebSite {public abstract void use(User user);//抽象方法
}

享元模式在JDK-Interger的应用源码分析

1) Integer中的享元模式 2) 代码分析+Debug源码+说明

public class FlyWeight {public static void main(String[] args) {// TODO Auto-generated method stub//如果 Integer.valueOf(x) x 在  -128 --- 127 直接，就是使用享元模式返回,如果不在//范围类，则仍然 new //小结://1. 在valueOf 方法中，先判断值是否在 IntegerCache 中，如果不在，就创建新的Integer(new), 否则，就直接从 缓存池返回//2. valueOf 方法，就使用到享元模式//3. 如果使用valueOf 方法得到一个Integer 实例，范围在 -128 - 127 ，执行速度比 new 快Integer x = Integer.valueOf(127); // 得到 x实例，类型 IntegerInteger y = new Integer(127); // 得到 y 实例，类型 IntegerInteger z = Integer.valueOf(127);//..Integer w = new Integer(127);System.out.println(x.equals(y)); // 大小，trueSystem.out.println(x == y ); //  falseSystem.out.println(x == z ); // trueSystem.out.println(w == x ); // falseSystem.out.println(w == y ); // falseInteger x1 = Integer.valueOf(200);Integer x2 = Integer.valueOf(200);System.out.println("x1==x2" + (x1 == x2)); // false}}

分析：如果 Integer.valueOf(x) x 在 -128 --- 127 直接，就是使用享元模式返回,如果不在范围内，则仍然 new

小结:
1. 在valueOf 方法中，先判断值是否在 IntegerCache 中，如果不在，就创建新的Integer(new), 否则，就直接从缓存池返回
2. valueOf 方法，就使用到享元模式
3. 如果使用valueOf 方法得到一个Integer 实例，范围在 -128 - 127 ，执行速度比 new 快

享元模式的注意事项和细节

1) 在享元模式这样理解，“享”就表示共享，“元”表示对象

2) 系统中有大量对象，这些对象消耗大量内存，并且对象的状态大部分可以外部化时，我们就可以考虑选用享元模式

3) 用唯一标识码判断，如果在内存中有，则返回这个唯一标识码所标识的对象，用 HashMap/HashTable存储

4) 享元模式大大减少了对象的创建，降低了程序内存的占用，提高效率

5) 享元模式提高了系统的复杂度。需要分离出内部状态和外部状态，而外部状态具有固化特性，不应该随着内部状态的改变而改变，这是我们使用享元模式需要注意的地方

6) 使用享元模式时，注意划分内部状态和外部状态，并且需要有一个工厂类加以控制。

7) 享元模式经典的应用场景是需要缓冲池的场景，比如 String常量池、数据库连接池。