设计模式之享元模式(flyweight模式)

  • 引入享元模式
  • 享元模式的实例
  • 享元模式的分析

引入享元模式

flyweight是轻量级的意思,指的是拳击比赛中选手体重最轻的等级。顾名思义,享元设计模式就是为了是对象更轻。
不过这里的轻的描述与现实中不一样。对于对象来说,重的对象代表对象占有的内存大,轻的对象代表对象内存占用小。
当我们需要大量对象的时候,使用new关键字来分配内存,就会消耗大量的空间。
享元模式和单例模式有点像。
当我们需要某个实例的时候,我们并不是总是new一个新的实例出来,而是看看是不是内存中已经有相应的实例了,如果已经有了,就直接从内存中取出那个实例来用,如果没有,才会new一个出来。
如果读者熟悉spring框架的话,也许会想到,spring的依赖注入机制,对于实现具体逻辑处理的service对象,并不需要读者显示的去new,因为那样可能由于开发者的不规范的new对象操作,导致出现很多重复的对象,浪费对象,而是直接在配置文件里设置或者标注,spring就会自动帮我new一个相应对象,而且只会存在一个,这样使用的时候直接使用就可以了,不仅帮我们解决了创建对象的过程,而且避免了生成过多对象。虽然依赖注入机制并不是使用的flyweight模式,但思想上会有相似之处。

享元模式的实例程序

我们假设我们有1,2,3,4,5,6,7,8,9的几个字符图形,这些字符对象就是大对象。

image.png
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image.png
image.png

我们先把这些字符存在文件中,然后从文件读入存到string对象中,这些string对象就是重对象,假设我们现在要打印出12121212这些数字对应的大字符,如果我们new出每一个对象,就会占用很多内存,于是,这里我们就可以利用享元模式,将对象变轻,实现对象的共享,对于上面这个输出要求,我们只要new出1,2两个大字符就可以了。

我们看实例程序的类图

image.png
  • 首先bigchar类,从文件中读取大字符的内容
import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class BigChar {
    // 字符名字
    private char charname;
    // 大型字符对应的字符串(由'#' '.' '\n'组成)
    private String fontdata;
    // 构造函数
    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);
    }
}
  • BigCharFactory类
    它实现共享实例的功能,用一个hashmap存储对应的实例,然后先判断是否已有实例,没有再新建。
import java.util.HashMap;

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
    public static BigCharFactory getInstance() {
        return singleton;
    }
    // 生成(共享)BigChar类的实例
    public synchronized BigChar getBigChar(char charname) {
        BigChar bc = (BigChar)pool.get("" + charname);
        if (bc == null) {
            bc = new BigChar(charname); // 生成BigChar的实例
            pool.put("" + charname, bc);
        }
        return bc;
    }
}
  • BigString表示由大型字符组成的字符串
public class BigString {
    // “大型字符”的数组
    private BigChar[] bigchars;
    // 构造函数
    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();
        }
    }
}

最后main函数调用测试

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        if (args.length == 0) {
            System.out.println("Usage: java Main digits");
            System.out.println("Example: java Main 1212123");
            System.exit(0);
        }
        BigString bs = new BigString(args[0]);
        bs.print();
    }
}

运行结果

image.png

享元模式分析

image.png

•Flyweight

— 描述一个接口,通过这个接口Flyweight可以接受并作用于外部状态。

• ConcreteFlyweight

— 实现Flyweight接口, 并为内部状态( 如果有的话) 增加存储空间。

ConcreteFlyweight对象必须是可共享的。它所存储的状态必须是内部的;即,它必

须独立于Concrete Flyweight对象的场景。

• UnsharedConcreteFlyweight

— 并非所有的Flyweight子类都需要被共享。Flyweight接口使共享成为可能,但它并不强制共享。在Flyweight对象结构的某些层次, UnsharedConcreteFlyweight对象通常

将ConcreteFlyweight对象作为子节点(Row和Conum就是这样)。

• FlyweightFactory

— 创建并管理Flyweight对象。

— 确保合理地共享Flyweight。当用户请求一个Flyweight时,FlyweightFactory对象提供一个已创建的实例或者创建一个(如果不存在的话)。

• Client

— 维持一个对Flyweight的引用。

— 计算或存储一个(多个)Flyweight的外部状态。

享元模式的特点:

  • 会对多个地方产生影响
    由于实例是共享的,如果修改一个实例,就会对多给对方产生影响
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