Java设计模式之享元模式

1. 享元模式 1.1 定义、优缺点

定义：通过共享已经存在的对象来大幅度减少创建的对象数量，提高系统资源的利用率。比如数据库连接池，可以对一个数据库连接进行重复使用

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。 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。 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

优点：相同对象只要保存一份，降低了系统中对象的数量

缺点：

• 为了使对象可以共享，需要将一些不能共享的状态外部化(例如骑共享单车的每个人)，这将增加程序的复杂性
• 读取享元模式的外部状态会使得运行时间稍微变长

适用场景：

• 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
• 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
• 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

1.2 模式的结构与实现

如果要创建的对象很相似，需要将不同的部分(非享元角色Unsharable Flyweight)抽离出来。通过函数进行不同部分的设置。比如数据库连接的使用状态

结构：

• 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
• 具体享元(Concrete Flyweight)角色：实现抽象享元角色中所规定的接口
• 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
• 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

实现：

import java.util.HashMap;

public class FlyweightTest {

    public static void main(String[] args) {
        ConnectPool connectPool = new ConnectPool();

        // 从数据库连接池获取数据库连接01，进行第一次使用再释放
        Connect connect01FirstUse = connectPool.getConnect("01");
        connect01FirstUse.setStatus(new Status("正在使用"));
        connect01FirstUse.setStatus(new Status("未使用"));

        // 从数据库连接池获取数据库连接01，进行第二次使用再释放
        Connect connect01SecondUse = connectPool.getConnect("01");
        connect01SecondUse.setStatus(new Status("正在使用"));
        connect01SecondUse.setStatus(new Status("未使用"));
    }
}



// 抽象享元角色：抽象的数据库连接接口
interface Connect {

    // 设置数据库连接状态
    void setStatus(Status status);
}

// 具体享元角色：具体的数据连接类
class ConcreteConnect implements Connect {
    // 数据库连接唯一ID
    private String id;
    // 新创建的数据库连接默认是未使用状态
    private Status status = new Status("未使用");

    public ConcreteConnect(String id) {
        this.id = id;
    }

    public void setStatus(Status status) {
        this.status = status;
        System.out.printf("数据库连接%s的状态为%s\n", this.id, this.status.getStatusName());
    }
}

// 享元工厂角色：从数据库连接池中获取数据库连接
class ConnectPool {
    // 用于储存创建的数据库连接，key-数据库连接ID，value-创建的数据库连接
    private HashMap connects = new HashMap();

    // 从数据库连接池获取数据库连接
    public Connect getConnect(String id) {
        Connect connect = connects.get(id);

        // 如果数据库连接池没有该数据库连接，则进行创建再返回
        if (connect == null) {
            connect = new ConcreteConnect(id);
            connects.put(id, connect);
        }

        return connect;
    }
}


// 非享元角色: 数据库连接状态
class Status {
    private String statusName;

    public Status(String statusName) {
        this.statusName = statusName;
    }

    public String getStatusName() {
        return this.statusName;
    }
}

运行程序，结果如下：

数据库连接01的状态为正在使用
数据库连接01的状态为未使用
数据库连接01的状态为正在使用
数据库连接01的状态为未使用