java设计模式——结构型之享元模式


自大学课程初识设计模式以来,就越发觉得有必要系统学习一下设计模式。
刚好在实习前准备期间课比较少,抽出一点时间整理一下记一些笔记,复制粘贴比较多。
笔记比较适合学习过设计模式的同学。

Flyweight Pattern(享元模式)

学习链接:极客学院Wiki_Java设计模式之结构型模式

另外感谢刘伟博士,学习设计模式可以看刘伟博士的博客,很详尽。

刘伟技术博客


享元模式的适用范围

(1) 一个系统有大量相同或者相似的对象需要被创建,造成内存的大量耗费。

(2) 对象的大部分状态都可以外部化,可以将这些外部状态(方法的参数)传入对象中。

(3) 在使用享元模式时需要维护一个存储享元对象的享元池,而这需要耗费一定的系统资源,因此,应当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。


应用实例

在Java中的String就采取了享元模式,赋值时为同一个字符串时创建的是同一个对象。


享元模式如何实现

角色

Flyweight(抽象享元类)

通常是一个接口或抽象类,在抽象享元类中声明了具体享元类公共的方法,这些方法可以向外界提供享元对象的内部数据(内部状态),同时也可以通过这些方法来设置外部数据(外部状态)。

ConcreteFlyweight(具体享元类)

它实现了抽象享元类,其实例称为享元对象;在具体享元类中为内部状态提供了存储空间。通常我们可以结合单例模式来设计具体享元类,为每一个具体享元类提供唯一的享元对象。

UnsharedConcreteFlyweight(非共享具体享元类)

并不是所有的抽象享元类的子类都需要被共享,不能被共享的子类可设计为非共享具体享元类;当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建。

FlyweightFactory(享元工厂类)

享元工厂类用于创建并管理享元对象,它针对抽象享元类编程,将各种类型的具体享元对象存储在一个享元池中,享元池一般设计为一个存储“键值对”的集合(也可以是其他类型的集合),可以结合工厂模式进行设计;当用户请求一个具体享元对象时,享元工厂提供一个存储在享元池中已创建的实例或者创建一个新的实例(如果不存在的话),返回新创建的实例并将其存储在享元池中。

类图

这里写图片描述
享元模式有结合简单工厂模式,使用工厂模式就能封装创建过程,客户端就无法控制创建,达到返回相同实例的目的。另外抽象享元类也可以被实现为无法共享的类。

另外还有复合享元类,目前还不是很懂这个可以拿来干嘛。。。
这里写图片描述


享元模式的优缺点

主要优点

(1) 可以极大减少内存中对象的数量,使得相同或相似对象在内存中只保存一份,从而可以节约系统资源,提高系统性能。

(2) 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。

主要缺点

(1) 享元模式使得系统变得复杂,需要分离出内部状态和外部状态,这使得程序的逻辑复杂化。

(2) 为了使对象可以共享,享元模式需要将享元对象的部分状态外部化,而读取外部状态将使得运行时间变长。


练习

题目

Sunny 软件公司欲开发一个多功能文档编辑器,在文本文档中可以插入图片、动画、视频等多媒体资料,为了节约系统资源,相同的图片、动画和视频在同一个文档中只需保存一份,但是可以多次重复出现,而且它们每次出现时位置和大小均可不同。试使用享元模式设计该文档编辑器。

题目分析

题目中出现的图片、动画、视频可以看做是具体享元类,为了简便假定他们的地址为内部状态,它们的大小和位置为外部状态。

实现代码

抽象享元类:Flyweight.java

package com.joy;

public abstract class Flyweight {

public abstract String getMessage();

public void display(int length, int high, int i, int j) {
System.out.println("在(" + i + "," + j + ")获得一个" + length + "cm*" + high + "cm的" + this.getMessage());
}
}

具体享元类:Picture.java

package com.joy;

public class Picture extends Flyweight {

private String address;
public Picture(String address){
this.address = address;
}
@Override
public String getMessage() {
return address+".jpg";
}

}

具体享元类:GIF.java

package com.joy;

public class GIF extends Flyweight {

private String address;
public GIF(String address){
this.address = address;
}
@Override
public String getMessage() {
return address+".gif";
}

}

具体享元类:Video.java

package com.joy;

public class Video extends Flyweight {

private String address;
public Video(String address){
this.address = address;
}
@Override
public String getMessage() {
return address+".avi";
}

}

享元工厂类:FlyweightFactory.java

package com.joy;

import java.util.HashMap;

public class FlyweightFactory {

private static FlyweightFactory ff = new FlyweightFactory();
private static HashMap<String, Flyweight> ht;

private FlyweightFactory() {
ht = new HashMap<String, Flyweight>();
}

public static FlyweightFactory getInstance() {
return ff;
}

public static Flyweight getFlyweight(String address) throws Exception {
Flyweight appendix;
String trueAddr = address.split("\\.")[0];//使用转译字符
String type = address.split("\\.")[1];
if (!ht.containsKey(address)){
if (type.equals("jpg")) {
appendix = new Picture(trueAddr);
ht.put(address, appendix);
}
else if (type.equals("gif")) {
appendix = new GIF(trueAddr);
ht.put(address, appendix);
}
else if (type.equals("avi")) {
appendix = new Video(trueAddr);
ht.put(address, appendix);
}
}
return ht.get(address);
}
}

客户端:Clien.java

package com.joy;

public class Client {

public static void main(String[] args) throws Exception {

Flyweight f1,f2,f3,f4;
f1 = FlyweightFactory.getFlyweight("hello.jpg");
f1.display(300, 400, 0, 0);
f2 = FlyweightFactory.getFlyweight("hello.jpg");
System.out.println("f1,f2是否为同一对象:"+(f1==f2));
f3 = FlyweightFactory.getFlyweight("cat.gif");
f3.display(100, 100, 600, 500);
f4 = FlyweightFactory.getFlyweight("dog.avi");
f4.display(600, 500, 0, 0);

}

}

运行结果

这里写图片描述


总结

享元模式可能不太常用,在理解的时候需要深入理解内部状态和外部状态的意义。


注意!

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