享元模式、在 JDK-Interger 的应用源码分析

简介: 享元模式(案例解析)、在 JDK-Interger 的应用源码分析

1 展示网站项目需求

小型的外包项目,给客户 A 做一个产品展示网站,客户 A 的朋友感觉效果不错,也希望做这样的产品展示网站,但是要求都有些不同:

  1. 有客户要求以新闻的形式发布
  2. 有客户人要求以博客的形式发布
  3. 有客户希望以微信公众号的形式发布

2 传统方案解决网站展现项目

  1. 直接复制粘贴一份,然后根据客户不同要求,进行定制修改
  2. 给每个网站租用一个空间
  3. 方案设计示意图

image.png

3 传统方案解决网站展现项目-问题分析

需要的网站结构相似度很高,而且都不是高访问量网站,如果分成多个虚拟空间来处理,相当于一个相同网站的实例对象很多,造成服务器的资源浪费

解决思路:整合到一个网站中,共享其相关的代码和数据,对于硬盘、内存、CPU、数据库空间等服务器资源都可以达成共享,减少服务器资源

对于代码来说,由于是一份实例,维护和扩展都更加容易

上面的解决思路就可以使用 享元模式 来解决

4 享元模式基本介绍

基本介绍

1)享元模式(Flyweight Pattern) 也叫 蝇量模式: 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象

2)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

3)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

4)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

image.png

image.png

5 享元模式的原理类图

image.png

对类图的说明

对原理图的说明-即(模式的角色及职责)

FlyWeight 是抽象的享元角色, 他是产品的抽象类, 同时定义出对象的外部状态和内部状态(后面介绍) 的接口或实现
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
UnSharedConcreteFlyWeight 是不可共享的角色,一般不会出现在享元工厂。
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

6 内部状态和外部状态

比如围棋、五子棋、跳棋,它们都有大量的棋子对象,围棋和五子棋只有黑白两色,跳棋颜色多一点,所以棋子颜色就是棋子的内部状态;而各个棋子之间的差别就是位置的不同,当我们落子后,落子颜色是定的,但位置是变化的,所以棋子坐标就是棋子的外部状态

享元模式提出了两个要求:细粒度共享对象。这里就涉及到内部状态和外部状态了,即将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改变而改变

外部状态指对象得以依赖的一个标记,是随环境改变而改变的、不可共享的状态。

举个例子:围棋理论上有 361 个空位可以放棋子,每盘棋都有可能有两三百个棋子对象产生,因为内存空间有限,一台服务器很难支持更多的玩家玩围棋游戏,如果用享元模式来处理棋子,那么棋子对象就可以减少到只有两个实例,这样就很好的解决了对象的开销问题。

7 享元模式解决网站展现项目

  1. 应用实例要求
    使用享元模式完成,前面提出的网站外包问题
  2. 思路分析和图解(类图)

image.png

package java设计模式.Flyweight;

public abstract class WebSite {
    public abstract void use(User user);//抽象方法
}
package java设计模式.Flyweight;
//具体网站
public class ConcreteWebSite extends WebSite{
    //共享的部分,内部状态
    private String type="";  //网站发布的形式(类型)
    //构造器
    public ConcreteWebSite(String type) {
        this.type = type;
    }

    @Override
    public void use(User user) {
        System.out.println("网站的发布形式为:"+type+"在使用中...使用者是"+user.getName());

    }
}
package java设计模式.Flyweight;

import java.util.HashMap;

// 网站工厂类,根据需要返回一个网站
public class WebSiteFactory {
    //集合, 充当池的作用
    private HashMap<String ,ConcreteWebSite> pool=new HashMap<>();
    //根据网站的类型,返回一个网站, 如果没有就创建一个网站,并放入到池中,并返回
    public WebSite getWebSiteCategory(String type){
        if(!pool.containsKey(type)){
            //就创建一个网站,并放入到池中
            pool.put(type,new ConcreteWebSite(type));
        }
        //以website形式返回
        return (WebSite) pool.get(type);


    }
    //获取网站分类的总数 (池中有多少个网站类型)
    public int getWebSiteCount() {
        return pool.size();
    }

}
package java设计模式.Flyweight;
//外部状态
public class User {
    private String name;

    public User(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
package java设计模式.Flyweight;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        WebSiteFactory factory = new WebSiteFactory();
        WebSite webSite = factory.getWebSiteCategory("新闻");
        webSite.use(new User("tom"));
        // 客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite webSite2 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        webSite2.use(new User("jack"));
        // 客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite webSite3 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        webSite3.use(new User("smith"));
        // 客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite webSite4 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        webSite4.use(new User("king"));
        System.out.println("网站的分类共=" + factory.getWebSiteCount());




    }
}

image.png

8 享元模式在 JDK-Interger 的应用源码分析

  1. Integer 中的享元模式
  2. 代码分析+Debug 源码+说明
package java设计模式.JDK;

public class FlyWeight {
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        //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
        //小结:
        //1. 在 valueOf 方法中,先判断值是否在 IntegerCache 中,如果不在,就创建新的 Integer(new), 否则,就直接从 缓存池返回
        //2. valueOf 方法,就使用到享元模式
        //3. 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
        Integer x = Integer.valueOf(127); // 得到 x 实例,类型 Integer
        Integer y = new Integer(127); // 得到 y 实例,类型 Integer
        Integer z = Integer.valueOf(127);//..
        Integer w = new Integer(127);
        System.out.println(x.equals(y)); // 大小,true
        System.out.println(x == y ); // false
        System.out.println(x == z ); // true
        System.out.println(w == x ); // false
        System.out.println(w == y ); // false
        Integer x1 = Integer.valueOf(200);
        Integer x2 = Integer.valueOf(200);
        System.out.println("x1==x2" + (x1 == x2)); // false

    }
}

image.png

第一次new一个IntegerCache时候,首先创建一个cache数组,大小为(high-low)+1因为数组大小不能为负数

image.png

追踪valueof()发现如果 Integer.valueOf(x) 的x 在IntegerCache.low<=x<= IntegerCache.high范围内,则直接,就是使用享元模式返回,如果不在范围内,就new新的Integer一个返回

image.png

查看IntegerCache.low,IntegerCache.high的大小发现low=-128,high=127

image.png

9 享元模式的注意事项和细节

在享元模式这样理解,“享”就表示共享,“元”表示对象。

系统中有大量对象,这些对象消耗大量内存,并且对象的状态大部分可以外部化时,我们就可以考虑选用享元模式。

用唯一标识码判断,如果在内存中有,则返回这个唯一标识码所标识的对象,用 HashMap/HashTable 存储。

享元模式大大减少了对象的创建,降低了程序内存的占用,提高效率。

享元模式提高了系统的复杂度。需要分离出内部状态和外部状态,而外部状态具有固化特性,不应该随着内部状态的改变而改变,这是我们使用享元模式需要注意的地方 。

使用享元模式时,注意划分内部状态和外部状态,并且需要有一个工厂类加以控制。

享元模式经典的应用场景是需要缓冲池的场景,比如 String 常量池、数据库连接池。


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