享元模式
- 一、介绍
- 二、基本原理
- 三、企业资源管理系统中使用案例
- 三、Java 中的字符串常量池使用了享元模式
- 四、总结优缺点以及使用经验
一、介绍
享元模式是一种结构型设计模式，旨在最大程度地减少内存使用或计算开销。这种模式通过共享对多个类似对象实例所需的状态来实现这一目标。
二、基本原理
在享元模式中，存在两种状态：内部状态和外部状态。
- 内部状态：可以被多个对象共享，通常不会改变
- 外部状态：取决于对象的上下文，并且不能被共享。如果需要，它们可以被单独存储并传递给享元对象。
典型的享元模式实现包括一个工厂类，用于创建和管理共享的享元对象。当客户端请求一个享元对象时，工厂类会检查是否已经有符合要求的对象存在，如果存在则返回共享对象的引用，否则创建一个新的对象并加入到共享池中。
三、企业资源管理系统中使用案例
需求：开发一个企业资源管理系统，系统需要管理大量的员工信息，包括姓名、部门、职位等。由于公司规模较大，员工信息可能会有很多重复，因此我们希望使用享元模式来共享相同的员工实例，以最大程度地节省内存空间
- 员工类
// 定义员工类
public class Employee {private String name;private String department;public Employee(String name, String department) {this.name = name;this.department = department;}public void display() {System.out.println("Name: " + name + ", Department: " + department);}
}
- 享元工厂类，
EmployeeFactory充当享元工厂，负责创建和管理员工的共享实例
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;// 享元工厂
public class EmployeeFactory {private Map<String, Employee> employees = new HashMap<>();public Employee getEmployee(String name, String department) {String key = name + "-" + department;if (!employees.containsKey(key)) {Employee employee = new Employee(name, department);employees.put(key, employee);}return employees.get(key);}
}- 客户端代码，
ERPClient类作为客户端代码，模拟系统中大量重复的员工信息，并通过享元工厂获取共享的员工对象进行展示。
public class ERPClient {public static void main(String[] args) {EmployeeFactory factory = new EmployeeFactory();// 模拟系统中大量重复的员工信息String[][] data = {{"Alice", "HR"}, {"Bob", "Engineering"}, {"Alice", "HR"}};for (String[] rowData : data) {String name = rowData[0];String department = rowData[1];Employee employee = factory.getEmployee(name, department);employee.display();}}
}
三、Java 中的字符串常量池使用了享元模式
字符串常量池是一个存储字符串字面量的特殊内存区域，它确保相同的字符串字面量只会被存储一次，从而节省内存并提高性能。
由 String 类的静态方法 intern() 来实现。当调用 intern() 方法时，如果字符串常量池中已经包含一个等于此 String 对象的字符串（用 equals 方法确定），则返回常量池中这个字符串的引用；否则，将此 String 对象添加到常量池，并且返回此 String 对象的引用。
public class StringConstantPoolExample {public static void main(String[] args) {// 创建字符串对象 "Hello" 并赋值给 s1String s1 = new String("Hello");// 调用 intern() 方法，将字符串放入常量池并返回引用String s2 = s1.intern();// 再次创建字符串对象 "Hello" 并赋值给 s3String s3 = "Hello";// 检查 s2 和 s3 是否引用了相同的对象System.out.println(s2 == s3); // 输出 true，说明 s2 和 s3 引用的是同一个对象}
}
在 Java 的实现中，intern() 方法是一个 native 方法，它会在底层实现中根据字符串的内容进行查找或插入操作，以保证字符串常量池中的唯一性和共享性
public class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {// ...（其他代码省略）public native String intern();// ...（其他代码省略）
}
四、总结优缺点以及使用经验
- 优点:
- 封装不变部分,扩展可变部分,代码复用性好
- 父类调用子类操作,通过子类扩展增强功能
- 符合开闭原则和里氏替换原则
- 缺点:
- 每个不同的实现都需要定义一个子类,类的个数可能过多
- 父类和子类之间存在潜在的扩展性限制
- 编写过程复杂,逻辑较难理解
- 使用经验:
- 适用于复杂流程,有固定不变的算法骨架和某些可变的细节
- 需要先分清楚算法固定部分和可变部分
- 体现了模板模式的核心思想"继承 + 多态"
- 在框架设计中是常用的模式,可以提高代码的复用性
- 不建议过度使用,需要权衡利弊,避免类膨胀
总之,模板方法模式是一种典型的通过交换算法步骤扩展功能的设计模式,适用于算法骨架固定,某些步骤需要不同实现的场景。恰当使用可以提高代码复用性和系统扩展性
)
