设计模式之禅——享元模式

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引：对象多了，而且还都是处于有用状态，那一定会出现内存溢出的问题，我们可以通过享元模式来实现对象的复用，以达到减少的目的，从而解决内存溢出的问题。

定义

享元模式是池技术的重要实现方式，其定义如下：

使用”共享对象”可有效地支持大量的”细粒度的对象”。——结构类

享元模式的定义为我们提出了两个要求：细粒度对象和共享对象。我们知道分配太多的对象到应用程序中将有损程序的性能，同时还容易造成内存溢出，那怎么避免呢？就是享元模式提到的共享技术。我们先来了解一下对象的内部状态和外部状态：

  • 内部状态：内部状态是对象可共享出来的信息，存储在享元对象并且不会随环境改变而改变，不必存储在具体某个对象中，属于可以共享的部分。
  • 外部状态：外部状态是对象得以依赖的一个标记，是随环境改变而改变的，不可以共享的状态，他是一批对象的统一标识，是唯一的索引值。

下面是享元模式的通用类图：

flyweight

简单介绍类图中的角色：

  1. Flyweight抽象享元角色：产品的抽象类，同时定义出对象的外部状态和内部状态的接口或实现。
  2. ConcreteFlyWeight具体享元角色：具体的一个产品类，实现抽象角色定义的业务。该角色中需要注意的是内部状态处理应该与环境无关，不应该出现一个操作改变了内部状态，同时修改了外部状态，这是绝对不允许的。
  3. UnsharedConcreteFlyWeight不可共享的享元角色：不存在外部状态或者安全要求（如线程安全）不能够使用共享技术的对象，该对象一般不会出现享元工厂中。（有点不太理解）
  4. FlyWeightFactory享元工厂：职责非常简单，就是构造一个池容器，同时提供从池中获取对象的方法。

享元模式的目的在于运用共享技术，使得一些细粒度的对象可以共享，多使用细粒度的对象，便于重构或重用，下面是它的通用代码：

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//  抽象享元角色
public abstract class Flyweight {
    // 内部状态
    private String intrinsic;
    // 外部状态 注意final
    protected final String extrinsic;
    // 要求享元角色必须接受外部状态
    public Flyweight(String _extrinsic) {
        this.extrinsic = _extrinsic;
    }
    // 定义业务操作
    public abstract vid operate();
    // 内部状态的getter/setter
    public String getIntrinsic() {
        return intrinsic;
    }
    public void setIntrinsic(String intrinsic) {
        this.intrinsic = intrinsic;
    }
}

// 具体享元角色
public class ConcreteFlyweight1 extends Flyweight {
    // 接受外部状态
    public ConcreteFlyweight1(String _extrinsic) {
        super(_extrinsic)
    }
    // 根据外部状态进行逻辑处理
    public void operate() {
        // 业务逻辑
    }
}
public class ConcreteFlyweight2 extends Flyweight {
    // 接受外部状态
    public ConcreteFlyweight2(String _extrinsic) {
        super(_extrinsic)
    }
    // 根据外部状态进行逻辑处理
    public void operate() {
        // 业务逻辑
    }
}

// 享元工厂
public class FlyweightFactory {
    // 定义一个池容器
    private static HashMap<String,Flyweight> pool = new HashMap<String,Flyweight>();
    // 享元工厂
    public static Flyweight getFlyweight(String extrinsic) {
        // 需要返回的对象
        Flyweight flyweight = null;
        // 在池中没有该对象
        if(pool.containKey(extrinsic)) {
            flyweight = pool.get(extrinsic);
        } else {
            // 根据外部状态创建享元对象
            flyweight = new ConcreteFlyweight1(extrinsic);
            // 放置到池中
            pool.put(extrinsic,flyweight);
        }
        return flyweight;
    }
}

应用

优点

可以大大减少应用程序创建的对象，降低程序内存的占用，增强程序对的性能。

缺点

提高了系统的复杂性，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固化特性（加fianl关键字），不应该随内部改变而改变，否则导致系统的逻辑混乱。

使用场景

  1. 系统中存在大量的相似对象。
  2. 细粒度的对象都具有较接近的外部状态，而且内部状态与环境无关，也就是说对象没有特定身份。
  3. 需要缓冲池的场景。

注意事项

当对象池的对象太少时，会出现线程不安全的现象。

最佳实践

享元模式在Java API中也是随处可见的，比如String类的intern方法就是利用了String的对象池。当然对象池主要解决复用，而享元模式主要解决对象的共享问题，如果建立多个可共享的细粒度对象是其关注的重点。

参考

  1. 《设计模式之禅》