Java设计模式十一:享元模式

2020-09-0216:13:07 评论 40
摘要

享元(Flyweight)模式:运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。

一、定义与特点

享元(Flyweight)模式的定义:运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似类的开销,从而提高系统资源的利用率。

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。

在面向对象程序设计过程中,有时会面临要创建大量相同或相似对象实例的问题。创建那么多的对象将会耗费很多的系统资源,它是系统性能提高的一个瓶颈。这些对象有很多相似的地方,如果能把它们相同的部分提取出来共享,则能节省大量的系统资源,这就是享元模式的产生背景。

  • 享元模式适用场景
    1、系统中存在大量相同或相似的对象,这些对象耗费大量的内存资源。
    2、大部分的对象可以按照内部状态进行分组,且可将不同部分外部化,这样每一个组只需保存一个内部状态。
    3、由于享元模式需要额外维护一个保存享元的数据结构,所以应当在有足够多的享元实例时才值得使用享元模式。

二、实现方式

(1)创建接口

public interface Shape {
    void draw();
}

(2)实现接口

public class Circle implements Shape {

    private String color;
    private int x;
    private int y;
    private int radius;

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

    public void setColor(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("绘制圆形-> 长:" + x + ",宽:" + y + ",半径:" + radius + ",颜色:" + color);
    }
}

(3)使用工厂创建对象

public class Factory {

    private static final Map<String, Circle> circleMap = new HashMap<String, Circle>();

    public static Circle getCircle(String color) {
        Circle circle = circleMap.get(color);
        if (circle == null) {
            circle = new Circle(color);
            circleMap.put(color, circle);
            System.out.println("-> 绘制 " + color + " 颜色的圆形");
        }

        return circle;
    }
}

(4)测试实现

public class Test {

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

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            Circle circle = Factory.getCircle(getRandomColor());
            circle.setX(getRandomX());
            circle.setY(getRandomY());
            circle.setRadius(100);
            circle.draw();
        }
    }

    private static String getRandomColor() {
        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);
    }
}

测试输出内容

-> 绘制 White 颜色的圆形
绘制圆形-> 长:9,宽:52,半径:100,颜色:White
-> 绘制 Red 颜色的圆形
绘制圆形-> 长:83,宽:30,半径:100,颜色:Red
-> 绘制 Green 颜色的圆形
绘制圆形-> 长:37,宽:32,半径:100,颜色:Green
-> 绘制 Black 颜色的圆形
绘制圆形-> 长:68,宽:41,半径:100,颜色:Black
绘制圆形-> 长:3,宽:72,半径:100,颜色:Black
绘制圆形-> 长:99,宽:46,半径:100,颜色:Black
-> 绘制 Blue 颜色的圆形
绘制圆形-> 长:64,宽:24,半径:100,颜色:Blue
绘制圆形-> 长:90,宽:76,半径:100,颜色:Blue
绘制圆形-> 长:60,宽:54,半径:100,颜色:Green
绘制圆形-> 长:72,宽:27,半径:100,颜色:Green

三、相关内容

  • 注意事项
    1、注意划分外部状态和内部状态,否则可能会引起线程安全问题。
    2、这些类必须有一个工厂对象加以控制。
    3、享元模式中存在以下两种状态:

    • 内部状态,即不会随着环境的改变而改变的可共享部分;
    • 外部状态,指随环境改变而改变的不可以共享的部分。享元模式的实现要领就是区分应用中的这两种状态,并将外部状态外部化。
  • 优缺点
    1、大大减少对象的创建,降低系统的内存,使效率提高。
    2、为了使对象可以共享,需要将一些不能共享的状态外部化,这将增加程序的复杂性。
    3、读取享元模式的外部状态会使得运行时间稍微变长。
  • 模式结构
    1、抽象享元角色(Flyweight):是所有的具体享元类的基类,为具体享元规范需要实现的公共接口,非享元的外部状态以参数的形式通过方法传入。
    2、具体享元(Concrete Flyweight)角色:实现抽象享元角色中所规定的接口。
    3、非享元(Unsharable Flyweight)角色:是不可以共享的外部状态,它以参数的形式注入具体享元的相关方法中。
    4、享元工厂(Flyweight Factory)角色:负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时,享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象,如果存在则提供给客户;如果不存在的话,则创建一个新的享元对象。
  • 参考文章
    1、http://c.biancheng.net/view/1371.html
    2、https://www.runoob.com/design-pattern/flyweight-pattern.html

 

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