Use sharing to support large numbers of fine-grained objects efficiently.
享元模式(Flyweight Pattern):使用共享对象可有效地支持大量的细粒度的对象。
说人话:复用对象,节省内存。
①、Flyweight——抽象享元角色
是一个产品的抽象类, 同时定义出对象的外部状态和内部状态的接口或实现。
一个对象信息可以分为内部状态和外部状态。
内部状态:对象可共享出来的信息, 存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改变,可以作为一个对象的动态附加信息, 不必直接储存在具体某个对象中, 属于可以共享的部分。
外部状态:对象得以依赖的一个标记, 是随环境改变而改变的、 不可以共享的状态。
②、ConcreteFlyweight——具体享元角色
具体的一个产品类, 实现抽象角色定义的业务。 该角色中需要注意的是内部状态处理应该与环境无关, 不应该出现一个操作改变了内部状态, 同时修改了外部状态, 这是绝对不允许的。
③、unsharedConcreteFlyweight——不可共享的享元角色
不存在外部状态或者安全要求(如线程安全) 不能够使用共享技术的对象, 该对象一般不会出现在享元工厂中。
④、FlyweightFactory——享元工厂
职责非常简单, 就是构造一个池容器, 同时提供从池中获得对象的方法。
/** * 抽象享元角色 */ public abstract class Flyweight { // 内部状态 private String instrinsic; // 外部状态 通过 final 修改,防止修改 protected final String extrinsic; protected Flyweight(String extrinsic) { this.extrinsic = extrinsic; } // 定义业务操作 public abstract void operate(); public String getInstrinsic() { return instrinsic; } public void setInstrinsic(String instrinsic) { this.instrinsic = instrinsic; } }
/** * 具体享元角色1 */ public class ConcreteFlyweight1 extends Flyweight{ protected ConcreteFlyweight1(String extrinsic) { super(extrinsic); } @Override public void operate() { System.out.println("具体享元角色1"); } }
/** * 具体享元角色2 */ public class ConcreteFlyweight2 extends Flyweight{ protected ConcreteFlyweight2(String extrinsic) { super(extrinsic); } @Override public void operate() { System.out.println("具体享元角色2"); } }
public class FlyweightFactory { // 定义一个池容器 private static HashMap<String,Flyweight> pool = new HashMap<>(); // 享元工厂 public static Flyweight getFlyweight(String extrinsic){ // 需要返回的对象 Flyweight flyweight = null; // 池中没有该对象 if(pool.containsKey(extrinsic)){ flyweight = pool.get(extrinsic); }else{ // 根据外部状态创建享元对象 flyweight = new ConcreteFlyweight1(extrinsic); // 放置到池中 pool.put(extrinsic,flyweight); } return flyweight; } }
假设文本编辑器只包含文字编辑功能,而且只记录文字和格式两部分信息,其中格式包括文字的字体型号、大小、颜色等信息。
通常设计是把每个文字看成一个单独对象。
package com.itcoke.designpattern.flyweight.edittext; /** * 单个文字对象 */ public class Character { // 字符 private char c; // 字体型号 private String font; // 字体大小 private int size; // 字体颜色 private int colorRGB; public Character(char c, String font, int size, int colorRGB){ this.c = c; this.font = font; this.size = size; this.colorRGB = colorRGB; } @Override public String toString() { return String.valueOf(c); } }
/** * 编辑器实现 */ public class Editor { private ArrayList<Character> chars = new ArrayList<>(); public void appendCharacter(char c, String font, int size, int colorRGB){ Character character = new Character(c,font,size,colorRGB); chars.add(character); } public void display(){ System.out.println(chars); } }
客户端:
public class EditorClient { public static void main(String[] args) { Editor editor = new Editor(); editor.appendCharacter('A',"宋体",11,0XFFB6C1); editor.appendCharacter('B',"宋体",11,0XFFB6C1); editor.appendCharacter('C',"宋体",11,0XFFB6C1); editor.display(); } }
上面的问题很容易发现,每一个字符就会创建一个 Character 对象,如果是几百万个字符,那内存中就会存在几百万的对象,那怎么去节省这些内存呢?
其实,分析一下,对于字体的格式,通常不会有很多,于是我们可以把字体格式设置为享元,也就是上面说的可以共享的内部状态。
内部状态(共享):字体类型、大小、颜色
外部状态(不共享):字符
于是代码改写如下:
public class CharacterStyle { // 字体型号 private String font; // 字体大小 private int size; // 字体颜色 private int colorRGB; public CharacterStyle(String font, int size, int colorRGB) { this.font = font; this.size = size; this.colorRGB = colorRGB; } @Override public boolean equals(Object o) { if (this == o) return true; if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false; CharacterStyle that = (CharacterStyle) o; return size == that.size && colorRGB == that.colorRGB && Objects.equals(font, that.font); } @Override public int hashCode() { return Objects.hash(font, size, colorRGB); } }
public class CharacterStyleFactory { private static final Map<CharacterStyle,CharacterStyle> mapStyles = new HashMap<>(); public static CharacterStyle getStyle(String font, int size, int colorRGB){ CharacterStyle newStyle = new CharacterStyle(font,size,colorRGB); if(mapStyles.containsKey(newStyle)){ return mapStyles.get(newStyle); } mapStyles.put(newStyle,newStyle); return newStyle; } }
public class Character { private char c; private CharacterStyle style; public Character(char c, CharacterStyle style) { this.c = c; this.style = style; } @Override public String toString() { return String.valueOf(c); } }
public class Editor { private List<Character> chars = new ArrayList<>(); public void appendCharacter(char c, String font, int size, int colorRGB){ Character character = new Character(c,CharacterStyleFactory.getStyle(font,size,colorRGB)); chars.add(character); } public void display(){ System.out.println(chars); } }
看下面这段代码,打印结果是啥?
public class IntegerTest { public static void main(String[] args) { Integer i1 = 56; Integer i2 = 56; Integer i3 = 129; Integer i4 = 129; System.out.println(i1 == i2); System.out.println(i3 == i4); } }
为什么是这种结果呢?
首先说一下 Integer i = 59;底层执行了:Integer i = Integer.valueOf(59); 这是自动装箱。
int j = i; 底层执行了:int j = i.intValue(); 这是自动拆箱。
然后我们Integer.valueOf() 方法:
再看 IntegerCache 源码:
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() {} }
其实这就是我们前面说的享元对象的工厂类,缓存 -128 到 127 之间的整型值,这是最常用的一部分整型值,当然JDK 也提供了方法来让我们可以自定义缓存的最大值。
减少应用程序创建的对象, 降低程序内存的占用, 增强程序的性能。
但它同时也提高了系统复杂性, 需要分离出外部状态和内部状态, 而且外部状态具有固化特性, 不应该随内部状态改变而改变, 否则导致系统的逻辑混乱。
①、系统中存在大量的相似对象。
②、细粒度的对象都具备较接近的外部状态, 而且内部状态与环境无关, 也就是说对象没有特定身份。
③、需要缓冲池的场景。