举重设计模式示例

本文是我们名为“ Java设计模式 ”的学院课程的一部分。

在本课程中，您将深入研究大量的设计模式，并了解如何在Java中实现和利用它们。您将了解模式如此重要的原因，并了解何时以及如何应用模式中的每一个。在这里查看！

1.节拍模式

面向对象的编程使编程变得简单而有趣。通过将真实世界的实体建模到编程世界中，它使程序员的工作更加轻松。程序员创建一个类并通过创建一个对象来实例化它。该对象建模真实世界的实体，应用程序内部的对象相互协调，以完成所需的工作。

但是有时太多的对象会使速度变慢。太多的对象可能会占用大量内存，并且可能使应用程序变慢，甚至导致内存不足问题。作为一名优秀的程序员，应该跟踪实例化的对象并控制应用程序中的对象创建。当我们有很多相似的对象并且池中的两个对象之间没有太大差异时，尤其如此。

有时，应用程序中的对象可能具有极大的相似性，并且具有相似的种类（此处相似的种类意味着它们的大多数属性具有相似的值，而其中只有少数具有不同的值）。如果它们也是很重的对象，则应由应用程序开发人员控制。否则，它们可能会消耗大量内存，并最终使整个应用程序变慢。

Flyweight模式旨在控制此类对象的创建，并为您提供基本的缓存机制。它允许您为每种类型创建一个对象（此处的类型因该对象的属性而异），并且如果您请求具有相同属性（已创建）的对象，它将返回您相同的对象，而不是创建新的对象一。

在深入研究Flyweight模式的细节之前，让我们考虑以下情形：一个允许用户在线创建和执行程序的站点。我们现在将讨论该场景，稍后将尝试使用Flyweight模式解决该问题。

X编程站点允许用户使用自己喜欢的编程语言来创建和执行程序。它为您提供了大量的编程语言选项。您选择一个，用它编写程序并执行以查看结果。

但是现在该网站已开始失去其用户，原因是该网站运行缓慢。用户不再对此感兴趣。该网站非常受欢迎，有时可能有成千上万的程序员在使用它。因此，该网站正在爬网。但是，大量使用并不是网站速度缓慢的真正问题。让我们看一下该站点的核心程序，该程序允许用户运行和执行其程序，真正的问题将在此处显示。

package com.javacodegeeks.patterns.flyweightpattern;public class Code {private String code;public String getCode() {return code;}public void setCode(String code) {this.code = code;}}

上面的类用于设置程序员完成的代码，以使其执行。 Code对象是一个轻量级的简单对象，具有属性code以及其setter和getter。

package com.javacodegeeks.patterns.flyweightpattern;public interface Platform {public void execute(Code code);
}

Platform接口由语言特定的平台实现，以便执行代码。它有一个方法executes ，它以Code对象为参数。

package com.javacodegeeks.patterns.flyweightpattern;public class JavaPlatform implements Platform {public JavaPlatform(){System.out.println("JavaPlatform object created");}@Overridepublic void execute(Code code) {System.out.println("Compiling and executing Java code.");}}

上面的类实现了Platform接口，并提供了execute方法的实现，以执行Java中的代码。

要执行该代码，将创建一个包含该代码的Code对象和一个用于执行该代码的Platform对象。代码如下：

Platform platform = new JavaPlatform();
platform.execute(code);

现在假设，大约有2k个用户在线并执行他们的代码，这导致2k个Code对象和2k Platform对象。 Code对象是一个轻量级的对象，每个用户代码也应该有一个Code对象。但是， Platform是一个沉重的对象，用于设置执行环境。创建过多的Platform对象非常耗时，并且是繁重的工作。我们需要控制可以使用Flyweight Pattern完成的Platform对象的创建，但在此之前，让我们看一下Flyweight Pattern的细节。

2.什么是轻量级模式

Flyweight模式的目的是使用共享对象来有效地支持大量细粒度的对象。 flyweight是一个共享对象，可以同时在多个上下文中使用。在每个上下文中，flyweight都充当一个独立的对象–与未共享的对象实例是无法区分的。举重运动员不能对其工作环境进行假设。这里的关键概念是固有状态和外部状态之间的区别。 内在状态存储在举重装置中；它包含的信息与举重环境无关，因此可共享。 外在状态取决于飞重的上下文并随其变化，因此无法共享。客户对象负责在需要时将外部状态传递给flyweight。

考虑一个涉及创建大量对象的应用程序场景，这些对象仅在几个参数方面是唯一的。换句话说，这些对象包含一些固有的，不变的数据，这些数据在所有对象之间是通用的。此固有数据需要作为正在创建的每个对象的一部分进行创建和维护。就内存使用和性能而言，大量此类对象的整体创建和维护可能非常昂贵。 Flyweight模式可用于此类情况，以设计创建对象的更有效方法。

这是Flyweight设计模式的类图：

图1

飞行重量

声明一个接口，权重可以通过该接口接收外部状态并对其进行操作。

混凝土飞艇

实现Flyweight接口，并为固有状态添加存储（如果有）。 ConcreteFlyweight对象必须是可共享的。它存储的任何状态都必须是固有的。也就是说，它必须独立于ConcreteFlyweight对象的上下文。

FlyweightFactory

创建和管理重量级对象。
确保飞行重量正确共享。当客户端请求一个flyweight时，FlyweightFactory对象提供一个现有实例或创建一个实例（如果不存在）。

客户

维护对轻量化的参考。
计算或存储飞行重量的外部状态。

3.解决问题

为了解决上述问题，我们将提供一个平台工厂类，该类将控制Platform对象的创建。

package com.javacodegeeks.patterns.flyweightpattern;import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public final class PlatformFactory {private static Map<String, Platform> map = new HashMap<>();private PlatformFactory(){throw new AssertionError("Cannot instantiate the class");}public static synchronized Platform getPlatformInstance(String platformType){Platform platform = map.get(platformType);if(platform==null){switch(platformType){case "C" : platform = new CPlatform(); break;case "CPP" : platform = new CPPPlatform(); break;case "JAVA" : platform = new JavaPlatform(); break;case "RUBY" : platform = new RubyPlatform(); break;   		   }map.put(platformType, platform);}return platform;}}

上面的类包含一个静态映射，其中包含一个String对象作为键，一个Platform类型的对象作为其值。我们不想创建此类的实例，因此只需将其构造函数保留为私有状态，并抛出AssertionError只是为了避免即使在类内也意外创建了该对象。

此类的主要方法也是唯一方法是getPlatformInstance方法。这是一个静态方法，其参数为platformType 。该platformType用作地图中的键，它首先检查地图是否已经存在具有该键的平台对象。如果未找到对象，则创建适当的平台对象，将其放入地图中，然后该方法返回该对象。下次，当请求相同的平台类型对象时，将返回相同的现有对象，而不是新的对象。

另外，请注意， getPlatformInstance方法是synchronized ，以便在检查和创建对象实例时提供线程安全。在上面的示例中，没有共享对象的任何内在属性，而只有外部属性，即由客户端代码提供的代码对象。

现在，让我们测试代码。

package com.javacodegeeks.patterns.flyweightpattern;public class TestFlyweight {public static void main(String[] args) {Code code = new Code();code.setCode("C Code...");Platform platform = PlatformFactory.getPlatformInstance("C");platform.execute(code);System.out.println("-------------------------------------");code = new Code();code.setCode("C Code2...");platform = PlatformFactory.getPlatformInstance("C");platform.execute(code);System.out.println("-------------------------------------");code = new Code();code.setCode("JAVA Code...");platform = PlatformFactory.getPlatformInstance("JAVA");platform.execute(code);System.out.println("-------------------------------------");code = new Code();code.setCode("JAVA Code2...");platform = PlatformFactory.getPlatformInstance("JAVA");platform.execute(code);System.out.println("-------------------------------------");code = new Code();code.setCode("RUBY Code...");platform = PlatformFactory.getPlatformInstance("RUBY");platform.execute(code);System.out.println("-------------------------------------");code = new Code();code.setCode("RUBY Code2...");platform = PlatformFactory.getPlatformInstance("RUBY");platform.execute(code);}}

上面的代码将导致以下输出：

CPlatform object created
Compiling and executing C code.
-------------------------------------
Compiling and executing C code.
-------------------------------------
JavaPlatform object created
Compiling and executing Java code.
-------------------------------------
Compiling and executing Java code.
-------------------------------------
RubyPlatform object created
Compiling and executing Ruby code.
-------------------------------------
Compiling and executing Ruby code.

在上面的类中，我们首先创建了一个Code对象，并在其中设置了C代码。然后，我们要求PlatformFactory提供C平台来执行代码。后来，我们对返回的对象调用了execute方法，从而绕过了它的Code对象。

我们执行相同的过程，即创建和设置Code对象，然后请求特定于代码的平台对象。输出清楚地表明，平台对象只是在第一次请求时创建的；在下一次尝试中，将返回相同的对象。

其他特定于平台的类类似于已经显示的JavaPlatform类。

package com.javacodegeeks.patterns.flyweightpattern;public class CPlatform implements Platform {public CPlatform(){System.out.println("CPlatform object created");}@Overridepublic void execute(Code code) {System.out.println("Compiling and executing C code.");}}package com.javacodegeeks.patterns.flyweightpattern;public class CPPPlatform implements Platform{public CPPPlatform(){System.out.println("CPPPlatform object created");}@Overridepublic void execute(Code code) {System.out.println("Compiling and executing CPP code.");}}package com.javacodegeeks.patterns.flyweightpattern;public class RubyPlatform implements Platform{public RubyPlatform(){System.out.println("RubyPlatform object created");}@Overridepublic void execute(Code code) {System.out.println("Compiling and executing Ruby code.");}}

如果我们重新考虑2k用户同时使用该站点，则将精确地创建2k轻量级Code对象，并且仅实例化4个重量级平台对象。请注意，考虑到每种语言至少有一个用户，我们说的是4个平台对象。例如，如果假设没有用户使用Ruby进行编码，则在该场景中仅创建3个平台对象。