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。例如,围棋和五子棋中的黑白棋子,图像中的坐标点或颜色,局域网中的路由器、交换机和集线器,教室里的桌子和凳子等。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。
享元模式的定义与特点享元(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。 享元模式的主要优点是:相同对象只要保存一份,这降低了系统中对象的数量,从而降低了系统中细粒度对象给内存带来的压力。 其主要缺点是:
- 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。
- 读取享元模式的外部状态会使得运行时间稍微变长。
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。下面来分析其基本结构和实现方法。
1. 模式的结构
享元模式的主要角色有如下。
- 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。
图 1 是享元模式的结构图。图中的 UnsharedConcreteFlyweight 是非享元角色,里面包含了非共享的外部状态信息 info;而 Flyweight 是抽象享元角色,里面包含了享元方法 operation(UnsharedConcreteFlyweight state),非享元的外部状态以参数的形式通过该方法传入;ConcreteFlyweight 是具体享元角色,包含了关键字 key,它实现了抽象享元接口;FlyweightFactory 是享元工厂角色,它逝关键字 key 来管理具体享元;客户角色通过享元工厂获取具体享元,并访问具体享元的相关方法。
package flyweight;
import java.util.HashMap;
public class FlyweightPattern
{
public static void main(String[] args)
{
FlyweightFactory factory=new FlyweightFactory();
Flyweight f01=factory.getFlyweight("a");
Flyweight f02=factory.getFlyweight("a");
Flyweight f03=factory.getFlyweight("a");
Flyweight f11=factory.getFlyweight("b");
Flyweight f12=factory.getFlyweight("b");
f01.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第1次调用a。"));
f02.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第2次调用a。"));
f03.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第3次调用a。"));
f11.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第1次调用b。"));
f12.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第2次调用b。"));
}
}
//非享元角色
class UnsharedConcreteFlyweight
{
private String info;
UnsharedConcreteFlyweight(String info)
{
this.info=info;
}
public String getInfo()
{
return info;
}
public void setInfo(String info)
{
this.info=info;
}
}
//抽象享元角色
interface Flyweight
{
public void operation(UnsharedConcreteFlyweight state);
}
//具体享元角色
class ConcreteFlyweight implements Flyweight
{
private String key;
ConcreteFlyweight(String key)
{
this.key=key;
System.out.println("具体享元"+key+"被创建!");
}
public void operation(UnsharedConcreteFlyweight outState)
{
System.out.print("具体享元"+key+"被调用,");
System.out.println("非享元信息是:"+outState.getInfo());
}
}
//享元工厂角色
class FlyweightFactory
{
private HashMap flyweights=new HashMap();
public Flyweight getFlyweight(String key)
{
Flyweight flyweight=(Flyweight)flyweights.get(key);
if(flyweight!=null)
{
System.out.println("具体享元"+key+"已经存在,被成功获取!");
}
else
{
flyweight=new ConcreteFlyweight(key);
flyweights.put(key, flyweight);
}
return flyweight;
}
}