Java常用设计模式————享元模式

引言

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

享元模式常用于系统底层开发，解决系统的性能问题。例如数据库连接池，里面都是创建好的连接对象，在这些连接对象中，如果有我们需要的则直接拿来用，避免重新创建，如果没有，再去创建。

享元模式能够解决重复对象的内存浪费问题，在一些不需要总是创建新对象，可以使用对象资源池时，可以从资源池中获取。这样可以降低系统内存消耗，同时提高效率。

享元模式经典的应用场景就是池技术，String常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用。

一、享元模式类图

享元模式经常会配合简单工厂来使用。

上图中，ShapeFactory是获取Shape的工厂类，其实这就是使用了简单工厂模式，其中的shapeMap是一个常量池，存储了Shape类型，本例中就是Circle对象。

getCircle方法需要传入一个参数，这个参数是颜色信息，方法内部会判断常量池中是否已经存在对应颜色信息的Circle对象，如果有则直接返回，如果没有，就会创建，并放入到shapeMap中，这是享元模式的关键代码。

注意，在使用享元模式时，有时候需要区分享元对象的内部状态和外部状态，以享元对象为参考系的话，内部状态是不变的，比如上图案例中，Circle对象是享元对象，其内部状态就是确定的颜色、圆心坐标、以及半径，而外部状态，可能是不同的使用者，因为享元对象是共享的，所以面对多个使用者，其内部状态自然就要求是不变的。在复杂的业务场景，可能需要享元对象暂时保存可变的外部状态，比如在数据库连接池的享元模式中，线程需要独占一个连接对象，这里面可能就需要连接对象暂时性保存线程的标识，待释放连接后才会清除状态。这个层面的问题是需要在使用享元模式时进一步思考的。

二、代码实现

Shape产品抽象接口

public interface Shape {void draw();
}

Circle具体的产品类

public class Circle implements Shape {private String color;private int x;private int y;private int radius;public Circle(String color) {super();this.color = color;}@Overridepublic void draw() {System.out.println("Circle: Draw() [Color : " + color + ", x : " + x + ", y :" + y + ", radius :" + radius);}// ----get、set---
}

ShapeFactory享元对象工厂

public class ShapeFactory {private static final Map<String, Shape> circleMap = new HashMap<>();public static Shape getCircle(String color) {System.out.println("获取" + color + "的圆形");Circle circle = (Circle) circleMap.get(color);if (circle == null) {circle = new Circle(color);circleMap.put(color, circle);System.out.println("Creating circle of color : " + color);}return circle;}
}

Client测试类

public class Client {private static final String[] colors = { "Red", "Green", "Blue", "White", "Black" };public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 20; i++) {Circle circle = (Circle) ShapeFactory.getCircle(getRandomColor());circle.setX(getRandomX());circle.setY(getRandomY());circle.setRadius(100);circle.draw();}}private static String getRandomColor() {String color = colors[(int) (Math.random() * colors.length)];return color;}private static int getRandomX() {return (int) (Math.random() * 100);}private static int getRandomY() {return (int) (Math.random() * 100);}
}

输出结果：

获取White的圆形
Creating circle of color : White
Circle: Draw() [Color : White, x : 45, y :49, radius :100
获取Green的圆形
Creating circle of color : Green
Circle: Draw() [Color : Green, x : 85, y :96, radius :100
获取Blue的圆形
Creating circle of color : Blue
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 0, y :48, radius :100
获取Red的圆形
Creating circle of color : Red
Circle: Draw() [Color : Red, x : 7, y :75, radius :100
获取Red的圆形
Circle: Draw() [Color : Red, x : 96, y :82, radius :100
获取Green的圆形
Circle: Draw() [Color : Green, x : 76, y :86, radius :100
获取Green的圆形
Circle: Draw() [Color : Green, x : 64, y :77, radius :100
获取Black的圆形
Creating circle of color : Black
Circle: Draw() [Color : Black, x : 51, y :90, radius :100
获取Red的圆形
Circle: Draw() [Color : Red, x : 55, y :22, radius :100
获取Blue的圆形
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 25, y :87, radius :100
获取Black的圆形
Circle: Draw() [Color : Black, x : 39, y :2, radius :100
获取Black的圆形
Circle: Draw() [Color : Black, x : 80, y :10, radius :100
获取White的圆形
Circle: Draw() [Color : White, x : 10, y :96, radius :100
获取Green的圆形
Circle: Draw() [Color : Green, x : 64, y :68, radius :100
获取Red的圆形
Circle: Draw() [Color : Red, x : 56, y :85, radius :100
获取White的圆形
Circle: Draw() [Color : White, x : 87, y :44, radius :100
获取Blue的圆形
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 39, y :77, radius :100
获取Blue的圆形

三、Integer中的享元模式

在Integer整型包装类中，用到了享元模式：

这个valueOf()相当于上一节案例中的 shapeFactory 的 getCircle(String color) 方法。

valueOf 需要传入一个 int 类型的参数用于创建 Integer 对象，可以看到，方法中会判断参数的大小，如果正好处于 IntegerCache 常量池的范围内，那么就会直接返回，如果没有，再通过new关键字来创建。下图是 IntegerCache 的部分代码：

名为 IntegerCache 的静态内部类会初始化一个 Integer 数组 cache[]，用于存储 -128 到 127 之间的整数，据专家说，这些数字在实际应用中的使用频率极高，那么如果可以将这些数字以常量池的形式缓存起来，供客户端使用，那么系统的性能将会得到一定程度的提升。这就是享元模式的具体应用。