【设计模式2022】第十三章 享元模式
【设计模式2022】第十三章 享元模式
文章目录
- 【设计模式2022】第十三章 享元模式
- 一、概述
- 二、结构
- 三、实现
- 四、分析
- 1.优点
- 2.缺点
- 3.使用场景
- 五、Integer 包装类
一、概述
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
二、结构
享元模式存在以下两种状态:
- 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
享元模式主要有以下角色:
- 抽象享元角色: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,享元工厂检查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
三、实现
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
类图如下:
AbstractBox:
俄罗斯方块具有不同的形指,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:" + getShape() + ",颜色:" + color);}
}
具体享元角色:
public class IBox extends AbstractBox{@Overridepublic String getShape() {return "I";}
}
public class LBox extends AbstractBox{@Overridepublic String getShape() {return "L";}
}
public class OBox extends AbstractBox{@Overridepublic String getShape() {return "O";}
}
工厂类:
public class BoxFactory {private HashMap<String, AbstractBox> map;private static BoxFactory factory = new BoxFactory();//在构造方法中进行初始化操作private BoxFactory(){map = new HashMap<String, AbstractBox>();map.put("I", new IBox());map.put("L", new LBox());map.put("O", new OBox());}//提供一个方法获取该工厂类对象public static BoxFactory getInstance(){return factory;}//根据名称获取图形对象public AbstractBox getShape(String name){return map.get(name);}
}
Client 测试类:
public class Client {public static void main(String[] args) {//获取 I 图形AbstractBox box1 = BoxFactory.getInstance().getShape("I");box1.display("灰色");//获取 L 图形AbstractBox box2 = BoxFactory.getInstance().getShape("L");box2.display("绿色");//获取 O 图形AbstractBox box3 = BoxFactory.getInstance().getShape("O");box3.display("灰色");//获取 O 图形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));}
}
四、分析
1.优点
- 极大减少内存中相似或相同对象数量,诀曰系统资源,提高系统性能
- 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
3.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,应该在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式
五、Integer 包装类
Integer 类使用了享元模式
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 i1 = 128;Integer i2 = 128;system.out.println("i3 和 i4 对象是否是同一个对象?" + (i3 == i4));}
}
运行结果如下:
我们通过反编译软件进行反编译:
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_VALUEh = 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() {}}
}
Integer 默认先创建并缓存 -128~127 之间的数的 Integer 对象,当调用 valueOf 方法时,如果参数在范围内则计算下标并从缓存中返回,否则创建一个新的 Integer 对象
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