把书读薄 | 《设计模式之美》设计模式与范式(结构型-享元模式)(下)

简介: 本文对应设计模式与范式:结构型(54-55),享元模式 (Flyweight Pattern),结构型设计模式最后一个~

运行结果输出如下


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使用享元模式只创建了4个卡牌对象,提提内部状态和外部状态的概念:


  • 内部状态固定不变可共享 的部分,存储在享元对象内部,比如这里的花色;


  • 外部状态可变不可共享 的部分,一般由客户端传入享元对象内部,比如这里的大小;


当然,状态的区分也不是绝对的,要看场景,比如扩展到斗地主的对局,内部状态就变成了54张牌(怎么发都不会超过54张),外部状态变成了牌的持有人。扩展到象棋棋局,内部状态(颜色、文字),外部状态(位置信息等)。


顺带带出UML类图和组成角色:


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  • Flyweight (享元类) → 抽象类或接口,定义享元对象要实现的公共操作方法,方法会传入外部状态参数;


  • ConcreteFlyweight (具体享元类) → 实现享元接口,并为内部状态添加存储空间;


  • FlyweightFactory (享元工厂) → 创建并管理共享的享元对象,对外提供访问接口;


享元模式的本质


通过创建更多的可复用对象的共有特征,来尽可能减少创建重复对象的内存消耗。


缺点


时间换空间,对于需要快速响应的系统并不合适,需分离出内部和外部状态,难统一,增加了系统设计实现的复杂度;


0x2、享元模式 VS 多例、缓存、对象池


从代码实现上看,享元模式和前面学的 单例中的多例 很相似,但从设计意图上看,是完全不同的。


多例是为了限制对象的个数,享元模式则是为了对象复用,节省内存。


在来看看与缓存的区别:


享元模式强调的是空间效率(大数据模型对象复用),而缓存模式强调的是 时间效率(如缓存秒杀的活动数据和库存数据等,数据可能会占用大量空间,目的是为了及时响应)。


还有对象池:


为了避免对象频繁创建和释放导致内存碎片,预先申请一块连续的内存空间,每次创建对象时,直接从对象池里取出一个空闲对象来使用,使用完再重新放回对象池中以后后续使用,而非直接释放。


池化技术里的复用,可以理解为重复使用,主要目的是节省时间,任意时刻,每个对象都是被一个使用者独占。而享元模式的复用,可以理解为共享使用,主要目的是节省空间,在整个生命周期中,都是被所有使用者共享


0x3、享元模式在Java Integer、String中的应用


先说下Integer的,下面的代码:


Integer i1 = 12;
Integer i2 = 12;
Integer i3 = 128;
Integer i4 = 128;
System.out.println(i1 == i2);   // 输出:true
System.out.println(i3 == i4);   // 输出: false


学过Java的都知道:**双等号(==)**区别对待两类数据类型:


  • 基本数据类型(byte、char、int等) → 比较值是否相同;


  • 引用数据类型(对象实例) → 比较变量指向的对象内存地址是否相同;


既然i1和i2相等,说明指向同一对象内存地址,存在对象重用,按理来说,i3和i4应该也相等啊?且听我娓娓道来:


执行到这样的语句:Integer i1 = 12,12是基本数据类型int,赋值给包装器类型Integer时,会触发自动装箱机制,底层相当于执行了这样的语句:


// 创建Integer类型的实例,并赋值
Integer i1 = Integer.valueOf(12);
// 附:自动拆箱 int j = i1 底层执行的是:
int j = i1.intValue();


行,那就来跟下 valueOf() 方法都做了啥:


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判断是否大于low小于high,是返回缓存中的Integer实例,否则返回新的Integer实例,看下 IntegerCache


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呕吼,当IntegerCache类被加载是,初始化了值在 -128-127 间的Integer实例,并加入到缓存数组中。而只缓存这个范围的原因:


不可能预先缓存好所有的整型值,只能选择对于大部分应用来说或最常用的整形值,即一个字节的大小。


最大值也可以通过修改JVM配置进行修改 (二选一):


-Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=255
-XX:AutoBoxCacheMax=255


这就是上面的代码输出true和false的原因了(-128-127范围内复用,不在范围外的直接new),这里的IntegerCache就是享元模式中的享元工厂。


再接着看下String,下面这样的代码:


String s1 = "杰哥";
String s2 = "杰哥";
String s3 = "杰" + "哥";
String s4 = new String("杰哥");
System.out.println(s1 == s2);   // 输出: true
System.out.println(s1 == s3);   // 输出: true
System.out.println(s1 == s4);   // 输出: false


和Integer类的设计思想相似,JVM会专门开辟一块存储区来存储字符串常量(字符串常量池),跟Integer不同,无法事先知道要共享哪些字符串常量,只能第一次用到的时候存储到常量池中,后续用到直接引用,就无需重新创建了。解释下上述代码:


  • s1 == s2 → 编译时,"杰哥"被存储在常量池中,s1和s2的引用都指向常量池里的"杰哥";


  • s1 == s3 → 编译器优化,先把字符串拼接,再去常量池里查找字符串是否存在,存在让s3直接指向该字符串;


  • s1 != s4 → 不是显式赋值,编译器会在堆中重新分配一个区域来存储它的对象数据;


以上就是本节的全部内容,下节开始啃11种行为型设计模式,谢谢~


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