标签：享元 状态 String 对象 模式 设计模式 public

享元模式

面向对象技术可以很好地解决一些灵活性和可扩展性问题，但很多情况下需要在系统中增加类和对象的个数。当对象数量太多时，将导致运行代价过高，带来性能下降等问题。享元模式正式为解决这一类问题而诞生的。

享元模式（Flyweight Pattern）又称轻量级模式，是对象池的一种实现。类似于线程池，线程池可以避免不停的创建和销毁多个对象，消耗性能。提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式。其宗旨是共享细粒度对象，将多个对同一对象的访问集中起来，不比为每个访问者创建一个单独的对象，一次来降低内存消耗，属于结构型模式。享元模式把对象的状态分成内部状态和外部状态，内部状态是不变的，外部状态是变化的。然后通过共享不变的部分，达到减少对象数量并节约内存的目的。

享元模式的本质是缓存共享对象，降低内存消耗。

UML类图：

享元模式有三个参与的角色：

抽象享元角色（Flyweight）：享元对象抽象基类或者接口，同事定义出对象的外部状态和 内部状态的接口或实现；

具体享元角色（ConcreteFlyweight）：实现抽象角色定义的业务。该角色的内部状态处理应该与环境无关，不能出现会有一个操作改变内部状态，同时修改了外部状态；

享元工厂（FlyweightFactory）：负责管理享元对象池和创建享元对象。

享元模式的应用场景

享元模式其实就是工厂模式的一个改进机制，享元模式同样要求创建一个或一组对象，并且就是通过工厂方法生成对象的，只不过享元模式中为工厂方法增加了缓存这一功能。主要有一下几种应用场景：

1. 常常用于系统底层的开发，以便解决系统性能问题。
2. 系统有大量相似对象，需要缓冲池的场景。

使用享元模式实现共享池业务

实现一个火车票刷票软件，要求通过出发站、目的站查询火车票的相关信息，那么只要提供火车票类对象，然后提供一个查询出发站、目的站的接口给到客户进行查询即可，创建ITicket接口：

public interface ITicket {
    void showInfo(String bunk);
}

创建TrainTicket

public class TrainTicket implements ITicket {
    private String from;
    private String to;
    private int price;
    public TrainTicket(String from, String to) {
        this.from = from;
        this.to = to;
    }
    public void showInfo(String bunk) {
        this.price = new Random().nextInt(500);
        System.out.println(String.format("%s->%s：%s价格：%s 元", this.from, this.to, bunk, this.price));
    }
}

最后创建

public static class TicketFactory {
    public static ITicket queryTicket(String from, String to) {
        return  new TrainTicket(from, to);
    }
}

客户端代码：

public static void main(String[] args) {
    ITicket ticket = TicketFactory.queryTicket("北京西", "长沙");
    ticket.showInfo("硬座");
}

分析上面代码，当客户端查询是，系统通过TicketFactory 直接创建一个火车票对象。但是这样的话，当某个瞬间如果有大量的用户请求同一张票信息时，系统就会创建大量该火车票对象，系统内存压力骤增。而更好的做法应该是缓存该票对象，然后复用提供给其他查询请求，这样一个对象就足以支撑数以千计的查询请求，对内存完全无压力，使用享元模式可以很好解决这个问题。继续优化代码，增加缓存机制：

class TicketFactory {
    private static Map<String, ITicket> sTicketPool = new ConcurrentHashMap<String,ITicket>();

    public static ITicket queryTicket(String from, String to) {
        String key = from + "->" + to;
        if (TicketFactory.sTicketPool.containsKey(key)) {
            System.out.println("使用缓存：" + key);
            return TicketFactory.sTicketPool.get(key);
        }
        System.out.println("首次查询，创建对象: " + key);
        ITicket ticket = new TrainTicket(from, to);
        TicketFactory.sTicketPool.put(key, ticket);
        return ticket;
    }
}

    public static void main(String[] args) {
        ITicket ticket = TicketFactory.queryTicket("北京西", "长沙");
        ticket.showInfo("硬座");
        ticket = TicketFactory.queryTicket("北京西", "长沙");
        ticket.showInfo("软座");
        ticket = TicketFactory.queryTicket("北京西", "长沙");
        ticket.showInfo("硬卧");
    }

可以看到第一次查询创建对象后，后续查询相同车次车票信息使用的都是缓存对象。无需创建新对象。看一下类结构图：

看这类图，感觉这不就是注册式单例模式吗? 这就是注册式单例模式。虽然结构上很像，但是享元模式的重点再结构上，而不是再创建对象上。再看看几个JDK中的源码。

比如，常用的数据库连接池，因为我们使用Connection对象时主要性能消耗再建立连接和关闭连接的时候，为了提高Connection在调用时的性能，我们将Connection对象在调用前创建好缓存取来，用的时候从缓存中取值，用完再放回去，达到资源重复利用的目的。

public class ConnectionPool {

    private Vector<Connection> pool;

    private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";
    private String username = "root";
    private String password = "root";
    private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver";
    private int poolSize = 100;

    public ConnectionPool() {
        pool = new Vector<Connection>(poolSize);
        try{
            Class.forName(driverClassName);
            for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
                Connection conn = DriverManager.getConnection(url,username,password);
                pool.add(conn);
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }

    }
    public synchronized Connection getConnection(){
        if(pool.size() > 0){
            Connection conn = pool.get(0);
            pool.remove(conn);
            return conn;
        }
        return null;
    }

    public synchronized void release(Connection conn){
        pool.add(conn);
    }
}

这样的连接池，普遍用于开源框架，有效提升底层的运行性能。

享元模式在源码中的应用

String中的享元模式

Java中将String类定义为final（不可改变的），JVM中字符串一般保存再字符串常量池中，Java会确保一个字符串在常量池中只有一个拷贝，这个字符串常量池在JDK6.0以前是位于常量池中，位于永久代，而在JDK7.0中，JVM将其从永久代拿出来放置于堆中。

public static void main(String[] args) {
    String s1 = "hello";
    String s2 = "hello";
    String s3 = "he" + "llo";
    String s4 = "hel" + new String("lo");
    String s5 = new String("hello");
    String s6 = s5.intern();
    String s7 = "h";
    String s8 = "ello";
    String s9 = s7 + s8;
    System.out.println(s1==s2);//true
    System.out.println(s1==s3);//true
    System.out.println(s1==s4);//false
    System.out.println(s1==s9);//false
    System.out.println(s4==s5);//false
    System.out.println(s1==s6);//true
    System.out.println(s1==s9);//false
}

Integer中的享元模式

public static void main(String[] args) {

    Integer a = Integer.valueOf(100);
    Integer b = 100;

    Integer c = Integer.valueOf(1000);
    Integer d = 1000;

    System.out.println("a==b:" + (a==b));  // true
    System.out.println("c==d:" + (c==d));  // false
}

String 和 Integer 的这部分 我再单独写一篇，细致的解答一下。以前不了解这部分内容的时候，也是饶了很大的圈子，学过享元模式后，感觉思路一下就清晰了。

Apache Commons Pool 中的享元模式

对象池的基本思路是：将用过的对象保存起来，等待下一次需要这种对象的时候，再拿出来重复使用，从而在一定程度上减少频繁创建对象所造成的开销。用于充当保存对象的“容器”的对象，被称为“对象池”（Object Pool，简称Pool）。

Apache Commons Pool实现了对象池的功能。定义了对象的生成、销毁、激活、钝化等操作及其状态转换，并提供几个默认的对象池实现。有几个重要的对象：

PooledObject（池对象）：用于封装对象（如：线程、数据库连接、TCP连接）将其包裹成可被池管理的对象。

PooledObjectFactory（池对象工厂）：定义了操作PooledObject实例生命周期的一些方法，PooledObject必须实现线程安全。

ObjectPool（对象池）：ObjectPool负责管理PooledObject，如：借出对象，返回对象，校验对象，有多少激活对象，有多少空闲对象。

这里就不分析具体源码了。

享元模式的内部状态和外部状态

享元模式的定义为我们提出了两个要求：细粒度和共享对象。因为要求细粒度对象，所以不可避免地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，存储在享元对象内部并且不会随环境的改变而改变；外部状态指对象得益依赖的一个标记，是随环境改变而改变的、不可共享的状态。

比如连接池中的连接对象，保存在连接对象中的用户名，密码等不会随意改变，这些为内部状态。而每个链接要回收利用时，我们需要给它标记为可用状态，这是外部状态。

享元模式的优缺点

优点：

1. 减少对象的创建，降低内存中对象的数量，降低系统的内存，提高效率；
2. 减少内存之外的其他资源占用。

缺点：

1. 关注内外状态，关注线程安全问题
2. 使系统、程序的逻辑复杂化

变而改变的、不可共享的状态。

比如连接池中的连接对象，保存在连接对象中的用户名，密码等不会随意改变，这些为内部状态。而每个链接要回收利用时，我们需要给它标记为可用状态，这是外部状态。

享元模式的优缺点

优点：

1. 减少对象的创建，降低内存中对象的数量，降低系统的内存，提高效率；
2. 减少内存之外的其他资源占用。

缺点：

1. 关注内外状态，关注线程安全问题
2. 使系统、程序的逻辑复杂化

标签：享元,状态,String,对象,模式,设计模式,public
来源： https://blog.csdn.net/weixin_44412111/article/details/119421911

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