Java設計模式之享元模式

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本文通過優化買票的重復流程來說明享元模式，為瞭加深對該模式的理解，會以String和基本數據類型的包裝類對該模式的設計進一步說明。

讀者可以拉取完整代碼到本地進行學習，實現代碼均測試通過後上傳到碼雲。

一、引出問題

鑒於小王之前的優質表現，老王決定帶小王出去旅遊一下，但在火車站買票時卻陷於瞭長長的隊伍。

老王註意到，每次售票員賣票時都重新走一遍賣票的所有流程，很明顯，如果始發地和目的地如果一樣的成人票和兒童票是可以復用流程的，如果復用的話就可以大大提高賣票效率。

二、概念和使用

上面所說的復用流程實際上就是享元模式的設計思想，它是構造型設計模式之一，它通過共享數據使得相同對象在內存中僅創建一個實例，以降低系統創建對象實例的性能消耗。

享元模式包含三個角色：

（1）抽象享元Flyweight類：享元對象抽象基類或接口。

（2）具體享元ConcreteFlyweight類：實現抽象享元類。

（3）享元工ctory類：廠FlyweightFa享元模式的核心模塊，負責管理享元對象池、創建享元對象，保證享元對象可以被系統適當地共享。

當一個客戶端對象調用一個享元對象的時候，享元工廠角色會檢查系統中是否已經有一個符合要求的享元對象，如果已有，享元工廠角色就提供這個已有的享元對象；如果沒有就創建一個。

老王基於享元模式開發瞭一套賣票系統，如果起點和終點一樣，成人票和兒童票就可以復用一套流程。

抽象享元類：

/**
 * 抽象享元類
 */
public interface Ticket {
    //顯示票價，參數為列車類型
    public void showPrice(String type);

}

具體享元實現類：

/**
 * 享元實現類
 * @author tcy
 * @Date 11-08-2022
 */
public class ConcreteTicket implements Ticket{

    String from;
    String to;
    public ConcreteTicket(String from,String to){
        this.from = from;
        this.to = to;
    }

    @Override
    public void showPrice(String type) {
        if(type.equals("adult")){
            System.out.println("從"+from+"到"+to+"的成人票價為200元");
        }else{
            System.out.println("從"+from+"到"+to+"的兒童票價為100元");
        }

    }
}

享元工廠類：

/**
 * 享元工廠
 * @author tcy
 * @Date 11-08-2022
 */
public class TicketFactory {

    static Map<String,Ticket> map= new ConcurrentHashMap< String,Ticket >();

    public static Ticket getTicket(String from,String to){
        String key = from+to;
        if(map.containsKey(key)){
            System.out.println("使用緩存"+key);
            return map.get(key);
        }else{
            System.out.println("創建對象"+key);
            Ticket ticket = new ConcreteTicket(from,to);
            map.put(key, ticket);
            return ticket;
        }
    }

}

客戶端調用：

/**
 * @author tcy
 * @Date 11-08-2022
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //使用時
        TicketFactory.getTicket("南京","杭州").showPrice("adult");
        TicketFactory.getTicket("南京","杭州").showPrice("children");
    }
}

上面例子是享元模式實現的典型案例。核心其實就是享元工廠類，享元工廠類設置一個緩存池，根據條件判斷是否屬於一個對象，如果是一個對象就不再重新創建，直接使用緩存池中的。

三、運用

1、jdk中的String就是典型的采用的享元模式的思想。

Java中將String類定義為final（不可改變的），JVM中字符串一般保存在字符串常量池中，java會確保一個字符串在常量池中隻有一個拷貝，這個字符串常量池在JDK6.0以前是位於常量池中，位於永久代，而在JDK7.0中，JVM將其從永久代拿出來放置於堆中。

創建一個字符串有兩種方式，一種是直接String="hello"，另外一種是String s =new String("hello")，第一種是直接在字符串常量池聲明一個變量，第二種方式除瞭是一個堆中的普通對象以外，還會在字符串常量池保存一份。

我們經常使用的一些基本數據類型的包裝類實際上也使用瞭享元模式。我們以Integer 舉例，其他包裝類類似。

當我們聲明一個變量時，使用Integer i1 = 88，編譯器是不會報錯的，在這Java上面的一個概念就叫自動裝箱，編譯器會自動 使用valueOf()方法創建一個Integer對象並把值賦給該對象。

查看valueOf()方法，如下：

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}

Integer 使用享元模式的核心就在於IntegerCache，它是Integer 的一個內部類。

這裡的 IntegerCache 相當於享元設計模式中的享元對象工廠類，既然是享元對象工廠類就一定會有判定一個對象是否一樣的條件。

private static class IntegerCache {
    static final int low = -128;
    static final int high;
    static final Integer cache[];
    static {
        // high value may be configured by property
        int h = 127;
        String integerCacheHighPropValue =
            sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
        if (integerCacheHighPropValue != null) {
            try {
                int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                i = Math.max(i, 127);
                // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
            } catch( NumberFormatException nfe) {
                // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
            }
        }
        high = h;
        cache = new Integer[(high - low) + 1];
        int j = low;
        for(int k = 0; k < cache.length; k++)
            cache[k] = new Integer(j++);
        // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
        assert IntegerCache.high >= 127;
    }
    private IntegerCache() {}
}

通過源碼我們可以看到，IntegerCache 的判定一個對象是否是同一個的判斷標準就是，一個字節的大小（-128 到 127 之間的數據）都作為一個對象。

既然說到瞭自動裝箱，那相對應的也一定會有自動拆箱。

當把包裝器類型的變量i1，賦值給基本數據類型變量 j 的時候，觸發自動拆箱操作，將 i1中的數據取出，賦值給 j，這就是自動拆箱的過程。

其他包裝器類型，比如 Long、Short、Byte 等，也都利用瞭享元模式來緩存 -128 到 127 之間的數據。比如，Long 類型對應的 LongCache 享元工廠類。

四、總結

享元模式與我們常說的緩存的概念很相似，總體來說還是一個很簡單的設計模式，在我們實際使用中為瞭提高對象利用率，可以有意識的使用這種模式。

以上就是這篇文章的全部內容瞭，希望本文的內容對大傢的學習或者工作具有一定的參考學習價值，謝謝大傢對WalkonNet的支持。如果你想瞭解更多相關內容請查看下面相關鏈接

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