13.设计模式-享元模
花城人去今萧索,春梦绕胡沙。
——赵佶《眼儿媚》
设计模式-享元模式
1. 享元模式概述
1.1 享元模式是什么?
享元模式
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(Flyweight Pattern) 也叫 蝇量模式:
运用共享技术(共享对象的方式)
有效地支持大量细粒度的对象。
- 细粒度对象(可以理解为不使用线程池情况下的线程对象) : 是内存中的数量庞大的对象 ,实际使用的数量庞大的对象 ;
- 共享对象(可以理解为线程池中的对象) :
- 多个细粒度对象共享的部分数据 ;
- 对象缓存池中存储的对象 ;
1.2 享元模式何时使用?
- 系统中有大量对象。
- 这些对象消耗大量内存。
- 这些对象的状态大部分可以外部化。
- 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。
- 系统不依赖于这些对象身份,这些对象是不可分辨的。
1.3 享元模式应用场景?
- 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。
- 享元模式经典的应用场景就是池技术了,String 常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用,享元模式是池技术的重要实现方式。
2. 内部状态和外部状态
使用享元模式时,==注意划分内部状态和外部状态==:
IntrinsicState内部状态 :
有些数据所有的对象都一样 , 显然不能当做对象一致性对比的依据 , 这就是内部状态 ;享元对象共享内部状态ExtrinsicState外部状态 :
有些数据每个对象都不一样 , 根据该数据确定对象的唯一性 , 相当于 哈希码 , 身份证号 , 档案编号 这一类的数据 , 这就是外部状态 ;每个享元对象的外部状态不同
3. 享元模式类图
Flyweight
:享元对象–是产品的抽象类, 同时定义出对象的外部状态和内部状态(抽象类/接口)ConcreteFlyWeight:
是具体的享元角色,是具体的产品类,实现抽象角色定义相关业务。FlyWeightFactory 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方法。
从Client的角度去解释享元工厂类:
使用对象时 , 先从对象池中获取对象 , 如果对象池中没有 , 创建一个 , 放入对象池 , 然后再从对象池中获取 。
4. 享元模式优缺点
优点
- 大大较少对象的创建,降低系统的内存,使效率提高。
缺点
- 系统的复杂度:
- 需要分类出外部状态和内容状态也就是说将一个类拆解成多个类 ,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。
- 系统复杂性增加了 ,但是对客户端使用层面来说是简单的。
5. 享元模式在JDK源码中的应用
String中的体现
Java的虚拟机会开辟一个内存区域(叫
字符串缓冲池
)来存储字符串常量,而通过new创建的字符串对象是存储在堆内存中。当新建一个字符串常量时,首先会从字符串缓冲池中查找,如果找到则返回该常量的引用地址,如果找不到则新建一个字符串常量再返回地址引用。
当通过new新建一个字符串对象时,会在堆内存中开辟一个新建的空间,再初始化,即使两个字符串的值是一样的但它们的引用地址是不一样的,属于两个不同的对象。
1 | public class FlyWeightString { |
Integer中的体现
- 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。- 在valueOf 方法中,先判断值是否在 IntegerCache 中,如果不在,就创建新的Integer, 否则,就直接从缓存池返回。
- valueOf 方法,就使用到享元模式
- 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。
1 | public class FlyWeightInteger { |
Integer中的valueOf方法
1 |
|
Integer静态内部类IntegerCache
1 | private static class IntegerCache { |
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