薛磊 Job Seeker

23种设计模式——11.Flyweight 享元(结构型模式)


面向对象的代价

  面向对象很好地解决了系统抽象性的问题,同时在大多数情况下,也不会损及系统的性能。但是,在某些特殊的应用下,由于对象的数量太大,采用面向对象会给系统带来难以承受的内存开销。比如图形应用中的图元等对象、字处理应用中的字符对象等。

动机

  采用纯粹对象方案的问题在于大量细粒度的对象会很快充斥在系统找那个,从而带来很高的运行时代价——主要指内存需求方面的代价。

  如何在避免大量细粒度对象问题的同时,让外部客户程序仍然能够透明地使用面向对象的方式来进行操作?

意图

  运用共享对象有效地支持大量细粒度的对象。

结构

  • Flyweight——抽象享元角色
  • ConcreteFlyweight——具体享元角色
  • UnsharedConcreteFlyweight——不可共享的享元角色
  • FlyweightFactory——享元工厂

内部状态和外部状态

  上面享元模式的定义为我们提出了两个要求:细粒度和共享对象。我们知道分配太多的对象到应用程序中将有损程序的性能,同时还容易造成内存溢出,要避免这种情况,用到的就是共享技术,这里就需要提到内部状态和外部状态了。

  因为要求细粒度对象,所以不可避免地会使对象数量多且性质相近,此时我们就将这些对象的信息分为两个部分:内部状态和外部状态。

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

  我们举一个最简单的例子,棋牌类游戏大家都有玩过吧,比如说说围棋和跳棋,它们都有大量的棋子对象,围棋和五子棋只有黑白两色,跳棋颜色略多一点,但也是不太变化的,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,我们落子嘛,落子颜色是定的,但位置是变化的,所以方位坐标就是棋子的外部状态。

  那么为什么这里要用享元模式呢?可以想象一下,上面提到的棋类游戏的例子,比如围棋,理论上有361个空位可以放棋子,常规情况下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。

Flyweight模式的几个要点

  • 面向对象很好地解决了抽象性的问题,但是作为一个运行在机器中的程序实体,我们需要考虑对象的代价问题。Flyweight设计模式主要解决面向对象的代价问题,一般不触及面向对象的抽象性问题。

  • Flyweight采用对象共享的做法来降低系统中对象的个数,从而降低细粒度对象给系统带来的内存压力。再具体实现方面,要注意对象状态的处理。

  • 对象的数量太大从而导致对象内存开销加大——什么样的数量才算大?这需要我们仔细的根据具体应用情况进行评估,而不能凭空臆断。

-共享内存也有指针的开销,占四个字节,当对象所占内存小于四个字节就没有必要使用共享。

实例代码

抽象享元角色:

public abstract class Flyweight{
	//内部状态
	private String intrinsic;
	
	//外部状态
	protected final String Extrinsic;

	//要求享元角色必须接受外部状态
	public Flyweight(String Extrinsic){
		this.Extrinsic = Extrinsic
	}

	//定义业务操作
	public abstract void operate();

	//内部状态的getter/setter
	public String getIntrinsic(){
		return intrinsic;
	}
	public void setIntrinsic(String intrinsic){
		this.intrinsic = intrinsic;
	}
}

具体享元角色:

public class ConcreteFlyweight extends Flyweight{
	//接受外部状态
	public ConcreteFlyweight(String Extrinsic){
		super(Extrinsic);
	}

	//根据外部状态进行逻辑处理
	public void operate() {}
}

享元工厂:

public class FlyweightFactory{
	//定义一个池容器
	private static HashMap<String,Flyweight> pool = new HashMap<String,Flyweight>();

	//享元工厂
	public static Flyweight getFlyweight(String Extrinsic){
		//要返回的对象
		Flyweight flyweight = null;
		//在池中没有该对象
		if(pool.containsKet(Extrinsic)){
			flyweight = pool.get(Extrinsic);
		}else{
			//根据外部状态创建享元对象
			flyweigh = new ConcreteFlyweight(Extrinsic);
			//放置到池中
			pool.put(Extrinsic,flyweight);
		}
		return flyweight;
	}
}

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