Java設計模式之共享模式/享元模式（Flyweight模式）介紹

2019-11-26 15:16:34

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Flyweight定義：避免大量擁有相同內容的小類的開銷(如耗費內存)，使大家共享一個類(元類)。

為什么使用共享模式/享元模式

面向對象語言的原則就是一切都是對象，但是如果真正使用起來，有時對象數可能顯得很龐大，比如，字處理軟件，如果以每個文字都作為一個對象，幾千個字，對象數就是幾千，無疑耗費內存，那么我們還是要"求同存異"，找出這些對象群的共同點，設計一個元類，封裝可以被共享的類，另外，還有一些特性是取決于應用(context)，是不可共享的，這也Flyweight中兩個重要概念內部狀態intrinsic和外部狀態extrinsic之分。

說白點，就是先捏一個的原始模型，然后隨著不同場合和環境，再產生各具特征的具體模型，很顯然，在這里需要產生不同的新對象，所以Flyweight模式中常出現Factory模式。Flyweight的內部狀態是用來共享的，Flyweight factory負責維護一個Flyweight pool(模式池)來存放內部狀態的對象。

Flyweight模式是一個提高程序效率和性能的模式，會大大加快程序的運行速度。應用場合很多：比如你要從一個數據庫中讀取一系列字符串，這些字符串中有許多是重復的，那么我們可以將這些字符串儲存在Flyweight池(pool)中。

如何使用共享模式/享元模式

我們先從Flyweight抽象接口開始：

復制代碼代碼如下:

public interface Flyweight{
　public void operation( ExtrinsicState state );
}
//用于本模式的抽象數據類型(自行設計)
public interface ExtrinsicState { }

下面是接口的具體實現(ConcreteFlyweight)，并為內部狀態增加內存空間，ConcreteFlyweight必須是可共享的,它保存的任何狀態都必須是內部(intrinsic)，也就是說，ConcreteFlyweight必須和它的應用環境場合無關。

復制代碼代碼如下:

public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
　private IntrinsicState state;
　public void operation( ExtrinsicState state ){
　　　//具體操作
　}
}

當然，并不是所有的Flyweight具體實現子類都需要被共享的，所以還有另外一種不共享的ConcreteFlyweight：

復制代碼代碼如下:

public class UnsharedConcreteFlyweight implements Flyweight {
　public void operation( ExtrinsicState state ) { }
}

Flyweight factory負責維護一個Flyweight池(存放內部狀態)，當客戶端請求一個共享Flyweight時，這個factory首先搜索池中是否已經有可適用的，如果有，factory只是簡單返回送出這個對象，否則，創建一個新的對象，加入到池中，再返回送出這個對象池。

復制代碼代碼如下:

public class FlyweightFactory {
　//Flyweight pool
　private Hashtable flyweights = new Hashtable();
　public Flyweight getFlyweight( Object key ) {
　　Flyweight flyweight = (Flyweight) flyweights.get(key);
　　if( flyweight == null ) {
　　　//產生新的ConcreteFlyweight
　　　flyweight = new ConcreteFlyweight();
　　　flyweights.put( key, flyweight );
　　}
　　　return flyweight;
　}
}

至此，Flyweight模式的基本框架已經就緒，我們看看如何調用：

復制代碼代碼如下:

FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
Flyweight fly1 = factory.getFlyweight( "Fred" );
Flyweight fly2 = factory.getFlyweight( "Wilma" );
......

從調用上看,好象是個純粹的Factory使用，但奧妙就在于Factory的內部設計上。

Flyweight模式在XML等數據源中應用
我們上面已經提到，當大量從數據源中讀取字符串，其中肯定有重復的，那么我們使用Flyweight模式可以提高效率，以唱片CD為例，在一個XML文件中，存放了多個CD的資料。

每個CD有三個字段：

1.出片日期(year)
2.歌唱者姓名等信息(artist)
3.唱片曲目 (title)

其中，歌唱者姓名有可能重復，也就是說，可能有同一個演唱者的多個不同時期不同曲目的CD。我們將"歌唱者姓名"作為可共享的ConcreteFlyweight.其他兩個字段作為UnsharedConcreteFlyweight。

首先看看數據源XML文件的內容：

復制代碼代碼如下:

<?xml version="1.0"?>
<collection>

<cd>
<title>Another Green World</title>
<year>1978</year>
<artist>Eno, Brian</artist>
</cd>

<cd>
<title>Greatest Hits</title>
<year>1950</year>
<artist>Holiday, Billie</artist>
</cd>

<cd>
<title>Taking Tiger Mountain (by strategy)</title>
<year>1977</year>
<artist>Eno, Brian</artist>
</cd>
.......

</collection>

雖然上面舉例CD只有3張，CD可看成是大量重復的小類，因為其中成分只有三個字段，而且有重復的(歌唱者姓名)。

CD就是類似上面接口 Flyweight：

復制代碼代碼如下:

public class CD {
　private String title;
　private int year;
　private Artist artist;

　public String getTitle() {return title;}
　public int getYear() {return year;}
　public Artist getArtist() {return artist;}

　public void setTitle(String t){title = t;}
　public void setYear(int y){year = y;}
　public void setArtist(Artist a){artist = a;}
}

將"歌唱者姓名"作為可共享的ConcreteFlyweight：

復制代碼代碼如下:

public class Artist {
　//內部狀態
　private String name;

　// note that Artist is immutable.
　String getName(){return name;}

　Artist(String n){
　 name = n;
}
}

再看看Flyweight factory，專門用來制造上面的可共享的ConcreteFlyweight:Artist

復制代碼代碼如下:

public class ArtistFactory {
　Hashtable pool = new Hashtable();
　Artist getArtist(String key){
　　Artist result;
　　result = (Artist)pool.get(key);
　　////產生新的Artist
　　if(result == null) {
　　　result = new Artist(key);
　　　pool.put(key,result);　　
　　}
　　return result;
    }
}

當你有幾千張甚至更多CD時，Flyweight模式將節省更多空間，共享的flyweight越多，空間節省也就越大。

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