JAVA设计模式-享元模式(Flyweight)

享元模式是设计模式中少数几个以提高系统性能为目的的模式之一。它的核心思想是:如果在一个系统中存在多个相同的对象,那么只需要共享一份对象的拷贝,而不必为每一次使用都创建新的对象。在享元模式中,由于需要构造和维护这些可以共享的对象,因此,常会出现一个工厂类,用于维护和创建对象。
享元模式的主要角色由享元工厂、抽象享元、具体享元类和主函数几部分组成。他们的功能如下:

##享元工厂:用于创建具体享元类,维护相同的享元对象。它保证相同的享元对象可以被系统共享。即,其内部使用了类似单例模式的方法,当请求对象已经存在时,直接返回对象,不存在时,在创建对象。
##抽象享元:定义需要共享的对象业务接口。享元类被创建出来总是为了实现某些特定的业务逻辑,而抽象享元便定义这些逻辑的语义行为。
##具体享元类:实现抽象享元类的接口,完成某一具体逻辑。
##客户端:使用享元模式的组件,通过享元工厂取得享元对象。

享元工厂是享元模式的核心,它需要确保系统可以共享相同的对象。一般情况下,享元工厂会维护一个对象列表,当任何组件尝试获取享元类时,如果请求的享元类已经被创建,则直接返回已有的享元类:若没有,则创建一个新的享元对象,并将它加入到维护队列中。
下面就以一个售卖图书的例子来讲解向元模式是如何应用的。
例如一家书店有很多图书,现有很多用户来店进行买书。那么显然我们可以将图书的名称作为共享的,而不必为每卖一本书而单独生成。代码实现如下:
下定义抽象业务逻辑接口:

package pattern;

public interface FlyWeight {
 void sell();
}

然后是具体实现图书售卖的实现类:

package pattern;

public class BookOrder implements FlyWeight{
 private String name;
 BookOrder(String name){
  this.name = name;
 }
 @Override
 public void sell() {
  System.out.println("卖了一本书,书名为'"+this.name+"'");
 }
}

紧接着实现享元工厂类:


package pattern;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class FlyWeightFactory {
    
    private Map<String, FlyWeight> bookPools = new HashMap<String, FlyWeight>();
    private static FlyWeightFactory factory = new FlyWeightFactory();
    
    public static FlyWeightFactory getInstance(){
        return factory;
    }
    //添加订单
    public FlyWeight getOrder(String bookName){
        FlyWeight order = null;
        if (bookPools.containsKey(bookName)) {
            order = bookPools.get(bookName);
        }else{
            order = new BookOrder(bookName);
            bookPools.put(bookName, order);
        }
        return order;
    }
    
    public int getTotalObjects(){
        return bookPools.size();
    }

}

最后是客户端模拟售卖图书的过程:


package pattern;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class PatternTest {

    private static List<FlyWeight> orders = new ArrayList<FlyWeight>();
    private static FlyWeightFactory factory;

    public static void main(String[] args) {
        factory = FlyWeightFactory.getInstance();
        takeOrders("三国演义");
        takeOrders("水浒传");
        takeOrders("封神榜");
        takeOrders("三体");
        takeOrders("红楼梦");
        takeOrders("三国演义");
        takeOrders("封神榜");
        takeOrders("水浒传");

        for (FlyWeight order : orders) {
            order.sell();
        }
        // 打印生成的订单java对象数量
        System.out.println("\n客户一共买了 " + orders.size() + " 本书! ");
        // 打印生成的订单java对象数量
        System.out.println("共生成了 " + factory.getTotalObjects()
                + " 个 FlyWeight java对象! ");
    }

    private static void takeOrders(String bookName){
        orders.add(factory.getOrder(bookName));
    }

}

打印结果如下:


卖了一本书,书名为'三国演义'
卖了一本书,书名为'水浒传'
卖了一本书,书名为'封神榜'
卖了一本书,书名为'三体'
卖了一本书,书名为'红楼梦'
卖了一本书,书名为'三国演义'
卖了一本书,书名为'封神榜'
卖了一本书,书名为'水浒传'

客户一共买了 8 本书! 
共生成了 5 个 FlyWeight java对象! 

由上面的打印结果我们可以得出如下结论:

  1. 可以节省重复创建对象的开销,因为被享元模式维护的相同对象只会被创建一次,当创建对象比较耗时时,便可以节省大量时间。
  2. 由于创建对象的数量减少,所以对系统内存的需求也减小,这将使得GC的压力也相应地降低,进而使得系统拥有一个更健康的内存结构和更快的反应速度。

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