设计模式-享元模式

设计模式-享元模式

定义

面向对象技术可以很好地解决一些灵活性或可扩展性问题,但是很多情况下需要在系统中增加类和对象的个数.当对象数量太多时,将导致运行代价过高,带来性能下降等问题.享元模式正是为解决这一类问题而诞生的.

享元模式(Flyweight Pattern)又称为轻量级模式,是对象池的一种实现.类似于线程池,线程池可以避免不停的创建和销毁多个对象,消耗性能.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.其宗旨是共享细粒度对象,将多个对同一对象的访问集中起来,不必为每个访问者创建一个单独的对象,从此来降低内存的消耗,属于结构型模式.

享元模式把一个对象的状态分为内部状态外部状态,内部状态即是不变的,外部状态是变化的,然后通过共享不变的部分,达到减少对象数量并节约内存的目的.

享元模式的本质缓存共享对象,降低内存消耗.

首先,我们来看向远模式的通用UML类图:

从类图上看,享元模式有三个参与角色.

抽象享元角色(FlyWeight):享元对象抽象基类或者接口,同时定义出对象的外部状态和内部状态的接口或实现;

具体享元角色(ConcreteFlyWeight):实现抽象角色定义的业务.该角色的内部状态处理应该与环境无关,不能出现同时改变内部状态和外部状态的操作;

享元工厂(FlyWeightFactory):负责管理享元对象池和创建享元对象.

适用场景

当系统中多处需要同一组信息时,可以把这些信息封装到一个对象中,然后对该对象进行缓存,这样,一个对象就可以提供给多处需要使用的地方,避免大量同一对象的多次创建,消耗大量内存空间.

享元模式其实就是工厂模式的一个改进机制,享元模式 同样要求创建一个或一组对象,并且就是通过工厂方法生成对象的,只不过享元模式为工厂方法增加了缓存这一功能.

主要应用场景:

1、常常应用于系统底层的开发,以便解决系统的性能问题.

2、系统有大量相似对象、需要缓冲池的场景.

在生活中的享元模式也很常见,比如各中介机构的房源共享,再比如全国社保联网.

使用享元模式实现共享池业务

我们举个例子,我们每年春节为了抢到一张回家的火车票都要大费周折,进而出现了很多刷票软件,刷票软件会将我们填写的信息缓存起来,然后定时检查余票信息.抢票的时候,我们肯定要查询下有没有我们需要的票,这里我们假设一张火车的信息包含:出发站、目的站、价格、座位类别.现在要求编写一个查询火车票查询伪代码,可以通过出发站、目的站查到相关票.

比如:要求通过出发站、目的站查询火车票,那么我们只需构建出火车票类对象,然后提供一个查询出发站、目的站的接口给到客户进行查询即可,具体代码如下:

创建ITicket接口
然后,创建TrainTicket类实现接口
最后创建票工厂
测试代码
运行结果

分析上面的代码,我们发现客户端进行查询时,系统通过TicketFactory直接创建一个火车票对象,但是这样做的话,当某个瞬间如果有大量的用户请求同一张票的信息时,系统就会创建出大量该火车票对象,系统内存压力骤增.而其实更好的做法应该是缓存该票对象,然后复用提供给其他查询请求,这样一个对象就足以支撑数以千计的查询请求,对内存完全无压力,使用享元模式可以很好地解决这个问题.

我们继续优化代码,只需要在TicketFactory类中进行更改,增加缓存机制:

增加对象池
运行结果

可以看到,除了第一次查询创建对象后,后续查询相同车次票信息都是使用缓存对象,无需创建新对象了.来看一下类结构图:

类图

其中ITicket就是抽象享元角色,TrainTicket就是具体享元角色,TicketFactory就是享元工厂.有些小伙伴一定会有疑惑啦,这不就是注册式的单例模式吗?对,这就是注册式单例模式.孙然,结构上很像,但是享元模式的重点在结构上,而不是在创建对象上.后面看看享元模式在JDK源吗汇总的一个应用,大家应该就能彻底明白了.

再比如:我们经常使用的数据库连接池,因为我们使用Connection对象时主要性能消耗在建立连接和关闭连接的时候,为了提高Connection在调用时的性能,我们将Connection对象在调用前创建好缓存起来,用的时候从缓存中取值,用完再放回去,达到资源重复利用的目的.来看下面代码:

其实是维护了一个连接池

这样的连接池,普遍应用于开源框架,有效提升底层的运行性能.

享元模式在源码中的应用

1、String中的享元模式

Java中将String定义为final(不可改变的),JVM中字符串一般保存在字符串常量池中,java会确保一个字符串在常量池中只有一个拷贝,这个字符串常量池在JDK6.0以前是位于常量池中,位于永久代,而在JDK7.0中,JVM将其从永久代拿出来放置于堆上.当创建一个字符串时,如果字符串常量池中有该对象对应的字面量,则返回该字面量在字符串常量池中的引用,否则,创建复制一份该字面量到字符串常量池并返回它的引用.

2、Integer中的享元模式

在Integer源码中的valueOf()方法做了一个条件判断,如果目标值在-128到127之间,则直接从缓存中取值,否则新建对象.那JDK为何要这样做呢?因为在-128到127之间的数据在int范围内是使用最频繁的,为了节省频繁创建对象带来的内存消耗,这里就用到了享元模式,来提高性能.

3、Long中的享元模式

同上.

4、Apache Commons Pool2中的享元模式

一种对象池实现.

享元模式的内部状态和外部状态

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.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且不会随环境的变化而变化;外部状态指对象得以依赖的一个标记,是随环境变化而变化的、不可共享的状态.

优点

1、减少对象的创建,降低内存中对象的数量,降低系统的内存,提高效率;

2、减少内存之外的其他资源占用.

缺点

1、关注内、外状态,关注线程安全问题;

2、使系统、程序的逻辑复杂化.

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 219,928评论 6 509
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 93,748评论 3 396
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 166,282评论 0 357
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 59,065评论 1 295
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 68,101评论 6 395
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,855评论 1 308
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,521评论 3 420
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 39,414评论 0 276
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,931评论 1 319
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 38,053评论 3 340
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 40,191评论 1 352
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,873评论 5 347
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,529评论 3 331
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 32,074评论 0 23
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 33,188评论 1 272
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 48,491评论 3 375
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 45,173评论 2 357

推荐阅读更多精彩内容