【设计模式——学习笔记】23种设计模式——享元模式Flyweight（原理讲解+应用场景介绍+案例介绍+Java代码实现）-Toy模板网

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案例引入

你的公司主要做一些小型的外包项目，之前给客户A做一个产品展示网站，客户A的朋友感觉效果不错，也希望做这样的产品展示网站，但是要求有些不同

有客户要求以新闻的形式发布
有客户要求以博客的形式发布
有客户要求以微信公众号的形式发布

【传统方式】

直接复制粘贴一份代码，根据客户的不同要求进行定制修改

分析：

需要的网站结构相似度很高，而且都不是高访问量网站，如果分成多个虚拟空间来处理，相当于一个相同网站的实例对象很多，造成服务器的资源浪费

解决思路：

使用享元模式，整合到一个网站中，共享部分代码和数据，对于硬盘、内存、CPU、数据库空间等服务器资源都可以达成共享，减少服务器资源
对于代码来说，由于是一份实例，维护和扩展都更加容易

介绍

基本介绍

享元模式，也叫蝇量模式: 通过尽量共享实例来避免new出新的实例，让程序占用的内存更小
常用于系统底层开发，解决系统的性能问题。像数据库连接池，里面都是创建好的连接对象，在这些连接对象中如果有我们需要的则直接拿来用，避免重新创建，如果没有我们需要的，则创建一个
享元模式能够解决重复对象的内存浪费的问题，当系统中有大量相似对象，需要缓冲池时。不需总是创建新对象，可以从缓冲池里拿。这样可以降低系统内存，同时提高效率（如先创建好棋盘对象，用户开始下棋时，直接从缓冲池中获取这个棋盘对象返回即可）
享元模式经典的应用场景就是池化技术了，String常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用，享元模式是池化技术的重要实现方式

【设计模式——学习笔记】23种设计模式——享元模式Flyweight（原理讲解+应用场景介绍+案例介绍+Java代码实现）,设计模式,设计模式,学习,笔记

原理类图

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FlyWeight 是抽象的享元角色，他是产品的抽象类，同时定义出对象的外部状态（频繁变化的，每个对象都不一样，如下棋时棋子的位置）和内部状态（稳定的，如棋子的颜色）的接口或实现
ConcreteFlyWeight 是具体的享元角色，实现抽象角色定义相关业务，不同的客户可能对应不同的ConcreteFlyWeight
UnSharedConcreteFlyWeight 是不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂，getFlyWeight方法获取不到
FlyWeightFactory 是享元工厂类，用于构建一个池容器(集合)，同时提供从池中获取对象的方法
Client：使用享元工厂来获取实例

外部状态和内部状态

比如围棋、五子棋、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，跳棋颜色多点，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，当我们落子后落子颜色是定的，但位置是变化的，所以棋子坐标就是棋子的外部状态

享元模式提出了两个要求: 细粒度和共享对象。这里就涉及到内部状态和外部状态，即将对象的信息分为两个部分: 内部状态和外部状态（使用享元模式，必须将对象的内部状态和外部状态分析出来）
内部状态指对象共享出来的信息，不会随环境的改变而改变（可以共享，建议存储在享元角色内部）
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（外部状态相关属性建议封装享元角色外的其他类中）

围棋理论上有361个空位可以放棋子，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（一个黑子、一个白子，只是位置不同），这样就很好的解决了对象的开销问题

登场角色

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Flyweight(轻量级)：表示的就是那些实例会被共享的类
FlyweightFactory(轻量级工厂)：FlyweightFactory角色是生成Flyweight角色的工厂
Client(请求者)：Client角色使用FlyweightFactory 角色来生成Flyweight角色

案例实现

案例1

类图

每个客户的网站不同，所以将Website做成抽象类

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网站的用户不同，User是享元模式的外部状态
内部状态全部写到ConcreteWebSite中，外部状态使用独立的类来封装

代码实现

【抽象网站】

package com.atguigu.flyweight;

public abstract class WebSite {

   /**
    * 抽象方法
    * @param user
    */
   public abstract void use(User user);
}

【具体网站】

package com.atguigu.flyweight;

/**
 * 具体网站
 */
public class ConcreteWebSite extends WebSite {

   /**
    * 网站发布的形式(类型)
    * 共享的部分，内部状态
    */
    private String type = "";

   /**
    * 构造器
    * @param type
    */
   public ConcreteWebSite(String type) {
        this.type = type;
    }


    @Override
    public void use(User user) {
        System.out.println("网站的发布形式为:" + type + " 在使用中 .. 使用者是" + user.getName());
    }


}

【享元工厂】

package com.atguigu.flyweight;

import java.util.HashMap;

/**
 * 网站工厂类，根据需要返回一个网站
 */
public class WebSiteFactory {

   /**
    * 集合， 充当池的作用
    */
   private HashMap<String, ConcreteWebSite> pool = new HashMap<>();

   /**
    * 根据网站的类型，返回一个网站, 如果没有就创建一个网站，并放入到池中,并返回
    * @param type
    * @return
    */
   public WebSite getWebSiteCategory(String type) {
      if(!pool.containsKey(type)) {
         //就创建一个网站，并放入到池中
         pool.put(type, new ConcreteWebSite(type));
      }
      return (WebSite)pool.get(type);
   }

   /**
    * 获取网站分类的总数 (池中有多少个网站类型)
    * @return
    */
   public int getWebSiteCount() {
      return pool.size();
   }
}

【客户】

package com.atguigu.flyweight;

public class User {

   private String name;


   public User(String name) {
      super();
      this.name = name;
   }

   public String getName() {
      return name;
   }

   public void setName(String name) {
      this.name = name;
   }


}

【主类】

package com.atguigu.flyweight;

public class Client {

   public static void main(String[] args) {

      // 创建一个工厂类
      WebSiteFactory factory = new WebSiteFactory();

      // 客户要一个以新闻形式发布的网站
      WebSite webSite1 = factory.getWebSiteCategory("新闻");
      webSite1.use(new User("tom"));

      // 客户要一个以博客形式发布的网站
      WebSite webSite2 = factory.getWebSiteCategory("博客");
      webSite2.use(new User("jack"));

      // 客户要一个以博客形式发布的网站
      WebSite webSite3 = factory.getWebSiteCategory("博客");
      webSite3.use(new User("smith"));

      // 客户要一个以博客形式发布的网站
      WebSite webSite4 = factory.getWebSiteCategory("博客");
      webSite4.use(new User("king"));

      System.out.println("网站的分类共=" + factory.getWebSiteCount());
   }

}

【运行】

网站的发布形式为:新闻 在使用中 .. 使用者是tom
网站的发布形式为:博客 在使用中 .. 使用者是jack
网站的发布形式为:博客 在使用中 .. 使用者是smith
网站的发布形式为:博客 在使用中 .. 使用者是king
网站的分类共=2

Process finished with exit code 0

案例2

类图

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代码实现

【大型字符类】

package com.atguigu.flyweight.Sample;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

/**
 * 大型字符
 * 从文件中读取大型字符的字体数据，并保存到内存中
 * 大型字符会消耗较多内存，需要考虑尽可能高香BigChar类的实例
 */
public class BigChar {
    /**
     * 字符名字
     */
    private char charname;
    /**
     * 保存大型字符对应的字符串(由'#' '.' '\n'组成)
     */
    private String fontdata;

    /**
     * 构造函数
     * 传入数字，获取对应的大型字符，存储到fontdata中
     * @param charname
     */
    public BigChar(char charname) {
        this.charname = charname;
        try {
            BufferedReader reader = new BufferedReader(
                    new FileReader("big" + charname + ".txt")
            );
            String line;
            StringBuffer buf = new StringBuffer();
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                buf.append(line);
                buf.append("\n");
            }
            reader.close();
            this.fontdata = buf.toString();
        } catch (IOException e) {
            this.fontdata = charname + "?";
        }
    }

    /**
     * 显示大型字符
     */
    public void print() {
        System.out.print(fontdata);
    }
}

代码中读取的txt文件，分别是一些符号形成的数字，如big1.txt，内容如下：

......##........
..######........
......##........
......##........
......##........
......##........
..##########....
................

【享元工厂】

package com.atguigu.flyweight.Sample;

import java.util.HashMap;

/**
 * 共享 BigChar 实例
 */
public class BigCharFactory {
    /**
     * 管理已经生成的BigChar的实例
     */
    private HashMap pool = new HashMap();
    /**
     * Singleton模式
     */
    private static BigCharFactory singleton = new BigCharFactory();

    /**
     * 构造函数
     */
    private BigCharFactory() {
    }

    /**
     * 获取唯一的实例
     * @return
     */
    public static BigCharFactory getInstance() {
        return singleton;
    }

    /**
     * 生成（共享）BigChar类的实例
     * @param charName
     * @return
     */
    public synchronized BigChar getBigChar(char charName) {
        BigChar bc = (BigChar) pool.get("" + charName);
        if (bc == null) {
            // 生成BigChar的实例
            bc = new BigChar(charName);
            pool.put("" + charName, bc);
        }
        return bc;
    }
}

使用synchronized来修饰方法有以下作用：

确保同一时间只有一个线程可以访问被修饰的方法。当一个线程获得了对象的锁后，其他线程必须等待该线程释放锁才能访问该方法
解决多线程并发访问共享资源产生的数据不一致问题。当多个线程同时访问一个共享资源时，可能会出现数据竞争的问题，导致数据的不一致。使用synchronized修饰方法可以确保同一时间只有一个线程访问共享资源，从而避免数据不一致的问题
需要注意的是，synchronized修饰方法时锁定的是调用该方法的对象。如果有多个对象调用同一个被synchronized修饰的方法，那么每个对象都会有一个独立的锁。因为这里使用的是单例模式，所以只有一个对象

【工厂调用类】

传入一个字符串，根据每个字符，获取其BigChar，存储到bigchars中。并提供一个print方法来显示bigchars的元素

package com.atguigu.flyweight.Sample;

public class BigString {
    /**
     * “大型字符”的数组
     */
    private BigChar[] bigchars;

    /**
     * 构造函数
     *
     * @param string
     */
    public BigString(String string) {
        bigchars = new BigChar[string.length()];
        BigCharFactory factory = BigCharFactory.getInstance();
        for (int i = 0; i < bigchars.length; i++) {
            bigchars[i] = factory.getBigChar(string.charAt(i));
        }
    }

    /**
     * 显示
     */
    public void print() {
        for (int i = 0; i < bigchars.length; i++) {
            bigchars[i].print();
        }
    }
}

【主类】

package com.atguigu.flyweight.Sample;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String input = "1212123";
        BigString bs = new BigString(input);
        bs.print();
    }
}

【运行】

......##........
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..##########....
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Process finished with exit code 0

【设计模式——学习笔记】23种设计模式——享元模式Flyweight（原理讲解+应用场景介绍+案例介绍+Java代码实现）,设计模式,设计模式,学习,笔记

享元模式在JDK源码中的使用

【设计模式——学习笔记】23种设计模式——享元模式Flyweight（原理讲解+应用场景介绍+案例介绍+Java代码实现）,设计模式,设计模式,学习,笔记

package com.atguigu.jdk;

public class FlyWeight {

   public static void main(String[] args) {
      //如果 Integer.valueOf(x) x 在  -128 --- 127 直接，就是使用享元模式返回,如果不在范围类，则仍然 new

      //小结:
      //1. 在valueOf 方法中，先判断值是否在 IntegerCache 中，如果不在，就创建新的Integer(new), 否则，就直接从 缓存池 返回
      //2. valueOf 方法，就使用到享元模式
      //3. 如果使用valueOf 方法得到一个Integer 实例，范围在 -128 - 127 ，执行速度比 new 快
      Integer x = Integer.valueOf(127); // 得到 x实例，类型 Integer
      Integer y = new Integer(127); // 得到 y 实例，类型 Integer
      Integer z = Integer.valueOf(127);//..
      Integer w = new Integer(127);

      System.out.println(x.equals(y)); // 大小，true
      System.out.println(x == y ); // false
      System.out.println(x == z ); // true
      System.out.println(w == x ); // false
      System.out.println(w == y ); // false
      
      Integer x1 = Integer.valueOf(200);
      Integer x2 = Integer.valueOf(200);
      System.out.println("x1==x2" + (x1 == x2)); // 数据不在范围内，返回false

   }

}

小技巧 如果使用valueOf 方法得到一个Integer 实例，范围在 -128 - 127 ，执行速度比 new 快

总结

享元模式可以这样理解，“享”就表示共享，“元”表示对象
系统中有大量对象，这些对象消耗大量内存，并且对象的状态大部分可以共用时我们就可以考虑选用享元模式
用唯一标识码判断，如果在内存中有，则返回这个唯一标识码所标识的对象，用HashMap/HashTable存储
享元模式大大减少了对象的创建，降低了程序内存的占用，同时可以减少new 实例的时间的花费，提高效率
享元模式提高了系统的复杂度。需要分离出内部状态和外部状态，而外部状态具有固化特性，不应该随着内部状态的改变而改变，这是我们使用享元模式需要注意的地方
使用享元模式时，注意划分内部状态和外部状态，并且需要有一个工厂类加以控制

【注意】文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-618482.html

由于多处使用了共享对象，如果修改共享对象，多处会受到影响
被池管理的实例不会被垃圾回收，如果不用的实例，可以从池中移除

文章说明

本文章为本人学习尚硅谷的学习笔记，文章中大部分内容来源于尚硅谷视频（点击学习尚硅谷相关课程），也有部分内容来自于自己的思考，发布文章是想帮助其他学习的人更方便地整理自己的笔记或者直接通过文章学习相关知识，如有侵权请联系删除，最后对尚硅谷的优质课程表示感谢。
本人还同步阅读《图解设计模式》书籍（图解设计模式/(日)结城浩著;杨文轩译–北京:人民邮电出版社，2017.1），进而综合两者的内容，让知识点更加全面

到了这里，关于【设计模式——学习笔记】23种设计模式——享元模式Flyweight（原理讲解+应用场景介绍+案例介绍+Java代码实现）的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！