Java特性之设计模式【享元模式】

一、享元模式

概述

享元模式(Flyweight Pattern)主要用于减少创建对象的数量,以减少内存占用和提高性能。这种类型的设计模式属于结构型模式,它提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式

享元模式尝试重用现有的同类对象,如果未找到匹配的对象,则创建新对象

主要解决

在有大量对象时,有可能会造成内存溢出,我们把其中共同的部分抽象出来,如果有相同的业务请求,直接返回在内存中已有的对象,避免重新创建

何时使用

1、系统中有大量对象

2、这些对象消耗大量内存

3、这些对象的状态大部分可以外部化

4、这些对象可以按照内蕴状态分为很多组,当把外蕴对象从对象中剔除出来时,每一组对象都可以用一个对象来代替

5、系统不依赖于这些对象身份,这些对象是不可分辨的

优缺点

优点:

  • 大大减少对象的创建,降低系统的内存,使效率提高

缺点:

  • 提高了系统的复杂度,需要分离出外部状态和内部状态,而且外部状态具有固有化的性质,不应该随着内部状态的变化而变化,否则会造成系统的混乱

1. 各个角色介绍

1.1 享元工厂(Flyweight Factory)

  • 负责创建和管理享元对象,通常包含一个池(缓存)用于存储和复用已经创建的享元对象

1.2 具体享元(Concrete Flyweight)

  • 实现了抽象享元接口,包含了内部状态和外部状态。内部状态是可以被共享的,而外部状态则由客户端传递

1.3 抽象享元(Flyweight)

  • 定义了具体享元和非共享享元的接口,通常包含了设置外部状态的方法

2. UML图

​ 我们将创建一个 Shape 接口和实现了 Shape 接口的实体类 Circle 。下一步是定义工厂类 ShapeFactory

ShapeFactory 有一个 CircleHashMap ,其中键名为 Circle 对象的颜色。无论何时接收到请求,都会创建一个特定颜色的圆。ShapeFactory 检查它的 HashMap 中的 Circle 对象,如果找到 Circle 对象,则返回该对象,否则将创建一个存储在 HashMap 中以备后续使用的新对象,并把该对象返回到客户端

Main 类使用 ShapeFactory 来获取 Shape 对象。它将向 ShapeFactory 传递信息(red / green / blue/ black / white),以便获取它所需对象的颜色

3. 具体例子和代码

角色分配

  • Shape :形状接口
    • Circle:实现形状接口的圆形类
  • ShapeFactory:形状工厂

3.1 抽象形状及其实现类

  • Shape
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.decorator;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 形状接口
 * @since 2024/3/15 16:23
 */
public interface Shape {

    /**
     * 形状绘制动作
     */
    void draw();

}
  • Circle
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.flyweight;

import io.swagger.annotations.ApiModelProperty;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 圆形
 * @since 2024/3/20 20:31
 */
public class Circle implements Shape {

    @ApiModelProperty("颜色")
    private String color;

    @ApiModelProperty("x轴")
    private int x;

    @ApiModelProperty("y轴")
    private int y;

    @ApiModelProperty("半径")
    private int radius;

    public Circle(String color) {
        this.color = color;
    }

    public void setX(int x) {
        this.x = x;
    }

    public void setY(int y) {
        this.y = y;
    }

    public void setRadius(int radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Circle: Draw() [Color : " + color
                + ", x : " + x + ", y :" + y + ", radius :" + radius);
    }

}

3.2 形状工厂

  • ShapeFactory
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.flyweight;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 形状工厂
 * @since 2024/3/22 17:33
 */
public class ShapeFactory {

    private static final Map<String, Shape> CIRCLE_MAP = new HashMap<>();

    public static Shape getCircle(String color) {

        // 根据color获取内存Map中的Shape对象
        Circle circle = (Circle) CIRCLE_MAP.get(color);

        // 如果不存在则创建一个Shape,并将该Shape存入缓存中
        if (circle == null) {
            circle = new Circle(color);
            CIRCLE_MAP.put(color, circle);
            System.out.println("The color of circle doesn't exist, Creating circle : " + color);
        }
        return circle;
    }

}

3.3 测试主函数

java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.flyweight;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 享元模式
 * @since 2024/3/22 17:39
 */
public class Main {

    private static final String[] COLORS =
            {"Red", "Green", "Blue", "White", "Black"};

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i < 20; ++i) {
            Circle circle = (Circle) ShapeFactory.getCircle(getRandomColor());
            circle.setX(getRandomX());
            circle.setY(getRandomY());
            circle.setRadius(100);
            circle.draw();
        }
    }

    private static String getRandomColor() {
        // 生成一个[0, 5)区间的数
        return COLORS[(int) (Math.random() * COLORS.length)];
    }

    private static int getRandomX() {
        return (int) (Math.random() * 100);
    }

    private static int getRandomY() {
        return (int) (Math.random() * 100);
    }

}
  • 测试结果

4. 使用场景

  • 系统有大量相似对象
  • 需要缓冲池的场景
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