• 享元模式(详解版)

    在面向对象程序设计过程中,有时会面临要创建大量相同或相似对象实例的问题。创建那么多的对象将会耗费很多的系统资源,它是系统性能提高的一个瓶颈。

    例如,围棋和五子棋中的黑白棋子,图像中的坐标点或颜色,局域网中的路由器、交换机和集线器,教室里的桌子和凳子等。这些对象有很多相似的地方,如果能把它们相同的部分提取出来共享,则能节省大量的系统资源,这就是享元模式的产生背景。

    享元模式的定义与特点

    享元(Flyweight)模式的定义:运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似类的开销,从而提高系统资源的利用率。

    享元模式的主要优点是:相同对象只要保存一份,这降低了系统中对象的数量,从而降低了系统中细粒度对象给内存带来的压力。

    其主要缺点是:

    1. 为了使对象可以共享,需要将一些不能共享的状态外部化,这将增加程序的复杂性。
    2. 读取享元模式的外部状态会使得运行时间稍微变长。

    享元模式的结构与实现

    享元模式的定义提出了两个要求,细粒度和共享对象。因为要求细粒度,所以不可避免地会使对象数量多且性质相近,此时我们就将这些对象的信息分为两个部分:内部状态和外部状态。

    • 内部状态指对象共享出来的信息,存储在享元信息内部,并且不回随环境的改变而改变;
    • 外部状态指对象得以依赖的一个标记,随环境的改变而改变,不可共享。

    比如,连接池中的连接对象,保存在连接对象中的用户名、密码、连接URL等信息,在创建对象的时候就设置好了,不会随环境的改变而改变,这些为内部状态。而当每个连接要被回收利用时,我们需要将它标记为可用状态,这些为外部状态。

    享元模式的本质是缓存共享对象,降低内存消耗。

    1. 模式的结构

    享元模式的主要角色有如下。

    1. 抽象享元角色(Flyweight):是所有的具体享元类的基类,为具体享元规范需要实现的公共接口,非享元的外部状态以参数的形式通过方法传入。
    2. 具体享元(Concrete Flyweight)角色:实现抽象享元角色中所规定的接口。
    3. 非享元(Unsharable Flyweight)角色:是不可以共享的外部状态,它以参数的形式注入具体享元的相关方法中。
    4. 享元工厂(Flyweight Factory)角色:负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时,享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象,如果存在则提供给客户;如果不存在的话,则创建一个新的享元对象。

    图 1 是享元模式的结构图,其中:

    • UnsharedConcreteFlyweight 是非享元角色,里面包含了非共享的外部状态信息 info;
    • Flyweight 是抽象享元角色,里面包含了享元方法 operation(UnsharedConcreteFlyweight state),非享元的外部状态以参数的形式通过该方法传入;
    • ConcreteFlyweight 是具体享元角色,包含了关键字 key,它实现了抽象享元接口;
    • FlyweightFactory 是享元工厂角色,它是关键字 key 来管理具体享元;
    • 客户角色通过享元工厂获取具体享元,并访问具体享元的相关方法。

    享元模式的结构图
    图1 享元模式的结构图

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