初识设计模式 - 享元模式

简介

古代的活字印刷术就有点像享元模式,活字印刷就是将每个字模做出来,再印刷时再选取需要的字模到印刷板上,这样就构成了一页书的印刷板。这样的活字印刷大大提升了效率,减少了印刷板的空间。

在享元模式中,存储共享实例对象的地方称为享元池(Flyweight Pool)。类比到上述的活字印刷术中,放置字模的地方就是享元池。

享元模式能做到共享的关键是区分了内部状态和外部状态,它们的简单释义是:

  • 内部状态:存储在享元对象内部且不跟随环境变化而改变的状态,内部状态可以在对象之间共享
  • 外部状态:通常由客户端保存,当需要时再传入享元对象中的状态,会跟随环境变化而改变,不可以在对象之间共享。

典型示例

一个典型的享元工厂类的代码示例如下:

public class FlyweightFactory {
    // 使用 HashMap 定义享元池
    private final HashMap<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<>();

    public Flyweight getFlyweight(String key) {
        // 如果对象存在,直接从享元池中获取
        if (flyweights.containsKey(key)) {
            return (Flyweight) flyweights.get(key);
        } else {
            // 如果对象不存在,先创建一个新的对象添加到享元池中,然后返回
            Flyweight fw = new ConcreteFlyweight();
            flyweights.put(key, fw);
            return fw;
        }
    }
}

一个典型的享元抽象类的代码示例如下:

public abstract class Flyweight {
    // 内部状态作为成员对象,同一个享元对象其内部状态是一致的
    protected Object intrinsicState;

    public Flyweight(Object intrinsicState) {
        this.intrinsicState = intrinsicState;
    }

    public void operation(Object extrinsicState) {
        // 外部状态在使用时由外部提供,每一次都可以不同
    }
}

通常,实际会根据业务情况定义具体享元类,代码示例如下:

public class ConcreteFlyweight extends Flyweight {
    public ConcreteFlyweight(Object intrinsicState) {
        super(intrinsicState);
    }

    @Override
    public void operation(Object extrinsicState) {
        // 结合内部状态 intrinsicState 以及方法参数传入的 extrinsicState 完成具体逻辑
    }
}

总结

优点

享元模式的主要优点如下:

  • 极大地减少内存中对象的数量,节约了系统资源,提高了系统性能
  • 享元模式的外部状态相对独立,而且不会影响其内部状态,从而使得享元对象可以在不同的环境中被共享

缺点

享元模式的主要缺点如下:

  • 享元模式需要分离出内部状态和外部状态,从而使得系统变得复杂,这使得程序的逻辑复杂化
  • 为了使对象可以共享,享元对象需要将部分状态外部化,而读取外部状态将使得运行时间变长

适用场景

享元模式的适用场景如下:

  • 一个系统有大量相同或相似的对象,造成内存大量耗费

源码

在 Java 类库中的 String 类就使用了享元模式,使用字面量创建的对象是共享的,而不会重新为此分配内存空间。

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