Java設計模式（十一）享元模式

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原創文章，同步發自 "作者個人博客" "http://www.jasongj.com/design_pattern/flyweight/" 。轉載請註明出處享元模式介紹享元模式適用場景面向對象技術可以很好的解決一些靈活性或可擴展性問題，但在很多情況下需要在系統中增加類和對象的個數。當對象數量太 ...

原創文章，同步發自作者個人博客 http://www.jasongj.com/design_pattern/flyweight/。轉載請註明出處

享元模式介紹

享元模式適用場景

面向對象技術可以很好的解決一些靈活性或可擴展性問題，但在很多情況下需要在系統中增加類和對象的個數。當對象數量太多時，將導致對象創建及垃圾回收的代價過高，造成性能下降等問題。享元模式通過共用相同或者相似的細粒度對象解決了這一類問題。

享元模式定義

享元模式（Flyweight Pattern），又稱輕量級模式（這也是其英文名為FlyWeight的原因），通過共用技術有效地實現了大量細粒度對象的復用。

享元模式類圖

享元模式類圖如下

享元模式角色劃分

FlyWeight 享元介面或者（抽象享元類），定義共用介面
ConcreteFlyWeight 具體享元類，該類實例將實現共用
UnSharedConcreteFlyWeight 非共用享元實現類
FlyWeightFactory 享元工廠類，控制實例的創建和共用

內部狀態 vs. 外部狀態

內部狀態是存儲在享元對象內部，一般在構造時確定或通過setter設置，並且不會隨環境改變而改變的狀態，因此內部狀態可以共用。
外部狀態是隨環境改變而改變、不可以共用的狀態。外部狀態在需要使用時通過客戶端傳入享元對象。外部狀態必須由客戶端保存。

享元模式實例解析

本文代碼可從作者Github下載

享元介面，定義共用介面

package com.jasongj.flyweight;

public interface FlyWeight {

  void action(String externalState);

}

具體享元類，實現享元介面。該類的對象將被覆用

package com.jasongj.flyweight;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

public class ConcreteFlyWeight implements FlyWeight {

  private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(ConcreteFlyWeight.class);

  private String name;

  public ConcreteFlyWeight(String name) {
    this.name = name;
  }

  @Override
  public void action(String externalState) {
    LOG.info("name = {}, outerState = {}", this.name, externalState);
  }

}

享元模式中，最關鍵的享元工廠。它將維護已創建的享元實例，並通過實例標記（一般用內部狀態）去索引對應的實例。當目標對象未創建時，享元工廠負責創建實例並將其加入標記-對象映射。當目標對象已創建時，享元工廠直接返回已有實例，實現對象的復用。

package com.jasongj.factory;

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import com.jasongj.flyweight.ConcreteFlyWeight;
import com.jasongj.flyweight.FlyWeight;

public class FlyWeightFactory {

  private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(FlyWeightFactory.class);

  private static ConcurrentHashMap<String, FlyWeight> allFlyWeight = new ConcurrentHashMap<String, FlyWeight>();

  public static FlyWeight getFlyWeight(String name) {
    if (allFlyWeight.get(name) == null) {
      synchronized (allFlyWeight) {
        if (allFlyWeight.get(name) == null) {
          LOG.info("Instance of name = {} does not exist, creating it");
          FlyWeight flyWeight = new ConcreteFlyWeight(name);
          LOG.info("Instance of name = {} created");
          allFlyWeight.put(name, flyWeight);
        }
      }
    }
    return allFlyWeight.get(name);
  }

}

從上面代碼中可以看到，享元模式中對象的復用完全依靠享元工廠。同時本例中實現了對象創建的懶載入。並且為了保證線程安全及效率，本文使用了雙重檢查（Double Check）。

本例中，name可以認為是內部狀態，在構造時確定。externalState屬於外部狀態，由客戶端在調用時傳入。

享元模式分析

享元模式優點

享元模式的外部狀態相對獨立，使得對象可以在不同的環境中被覆用（共用對象可以適應不同的外部環境）
享元模式可共用相同或相似的細粒度對象，從而減少了記憶體消耗，同時降低了對象創建與垃圾回收的開銷

享元模式缺點

外部狀態由客戶端保存，共用對象讀取外部狀態的開銷可能比較大
享元模式要求將內部狀態與外部狀態分離，這使得程式的邏輯複雜化，同時也增加了狀態維護成本

享元模式已（未）遵循的OOP原則

已遵循的OOP原則

依賴倒置原則
迪米特法則
里氏替換原則
介面隔離原則
單一職責原則
開閉原則

未遵循的OOP原則

Java設計模式系列

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