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php爱好者> php教程>设计模式之享元模式详解(定义、优缺点、应用场景、实例类图）

设计模式之享元模式详解(定义、优缺点、应用场景、实例类图）

时间：2024-12-09 来源：互联网标签： PHP教程

享元模式（Flyweight Pattern）主要用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能。这种类型的设计模式属于结构型模式，它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。

享元模式尝试重用现有的同类对象，如果未找到匹配的对象，则创建新对象。我们将通过创建 5 个对象来画出 20 个分布于不同位置的圆来演示这种模式。由于只有 5 种可用的颜色，所以 color 属性被用来检查现有的 Circle 对象。

一、享元模式的概要

意图

通过共享对象来减少创建大量相似对象时的内存消耗。

主要解决的问题

避免因创建大量对象而导致的内存溢出问题。

通过共享对象，提高内存使用效率。

使用场景

当系统中存在大量相似或相同的对象。

对象的创建和销毁成本较高。

对象的状态可以外部化，即对象的部分状态可以独立于对象本身存在。

实现方式

定义享元接口：创建一个享元接口，规定可以共享的状态。

创建具体享元类：实现该接口的具体类，包含内部状态。

使用享元工厂：创建一个工厂类，用于管理享元对象的创建和复用。

关键代码

HashMap：使用哈希表存储已经创建的享元对象，以便快速检索。

结构

享元模式包含以下几个核心角色：

享元工厂（Flyweight Factory）:

负责创建和管理享元对象，通常包含一个池（缓存）用于存储和复用已经创建的享元对象。

具体享元（Concrete Flyweight）:

实现了抽象享元接口，包含了内部状态和外部状态。内部状态是可以被共享的，而外部状态则由客户端传递。

抽象享元（Flyweight）:

定义了具体享元和非共享享元的接口，通常包含了设置外部状态的方法。

客户端（Client）:

使用享元工厂获取享元对象，并通过设置外部状态来操作享元对象。客户端通常不需要关心享元对象的具体实现。

应用实例

Java中的String对象：字符串常量池中已经存在的字符串会被复用。

数据库连接池：数据库连接被复用，避免频繁创建和销毁连接。

二、享元模式的优缺点

优点

减少内存消耗：通过共享对象，减少了内存中对象的数量。

提高效率：减少了对象创建的时间，提高了系统效率。

缺点

增加系统复杂度：需要分离内部状态和外部状态，增加了设计和实现的复杂性。

线程安全问题：如果外部状态处理不当，可能会引起线程安全问题。

三、享元模式的使用建议

在创建大量相似对象时考虑使用享元模式。

确保享元对象的内部状态是共享的，而外部状态是独立于对象的。

状态分离：明确区分内部状态和外部状态，避免混淆。

享元工厂：使用享元工厂来控制对象的创建和复用，确保对象的一致性和完整性。

四、享元模式的实现

我们将创建一个 Shape 接口和实现了 Shape 接口的实体类 Circle。下一步是定义工厂类 ShapeFactory。

ShapeFactory 有一个 Circle 的 HashMap，其中键名为 Circle 对象的颜色。无论何时接收到请求，都会创建一个特定颜色的圆。ShapeFactory 检查它的 HashMap 中的 circle 对象，如果找到 Circle 对象，则返回该对象，否则将创建一个存储在 hashmap 中以备后续使用的新对象，并把该对象返回到客户端。

FlyWeightPatternDemo 类使用 ShapeFactory 来获取 Shape 对象。它将向 ShapeFactory 传递信息（red / green / blue/ black / white），以便获取它所需对象的颜色。

享元模式

步骤 1：创建一个接口。

Shape.java

publicinterfaceShape{
voiddraw();
}

步骤 2：创建实现接口的实体类。

Circle.java

publicclassCircleimplementsShape{
privateStringcolor;
privateintx;
privateinty;
privateintradius;

publicCircle(Stringcolor){
this.color=color;
}

publicvoidsetX(intx){
this.x=x;
}

publicvoidsetY(inty){
this.y=y;
}

publicvoidsetRadius(intradius){
this.radius=radius;
}

@Override
publicvoiddraw(){
System.out.println("Circle:Draw()[Color:"+color
+",x:"+x+",y:"+y+",radius:"+radius);
}
}

步骤 3：创建一个工厂，生成基于给定信息的实体类的对象。

ShapeFactory.java

importjava.util.HashMap;

publicclassShapeFactory{
privatestaticfinalHashMap<String,Shape>circleMap=newHashMap<>();

publicstaticShapegetCircle(Stringcolor){
Circlecircle=(Circle)circleMap.get(color);

if(circle==null){
circle=newCircle(color);
circleMap.put(color,circle);
System.out.println("Creatingcircleofcolor:"+color);
}
returncircle;
}
}

步骤 4：使用该工厂，通过传递颜色信息来获取实体类的对象。

FlyweightPatternDemo.java

publicclassFlyweightPatternDemo{
privatestaticfinalStringcolors[]=
{"Red","Green","Blue","White","Black"};
publicstaticvoidmain(String[]args){

for(inti=0;i<20;++i){
Circlecircle=
(Circle)ShapeFactory.getCircle(getRandomColor());
circle.setX(getRandomX());
circle.setY(getRandomY());
circle.setRadius(100);
circle.draw();
}
}
privatestaticStringgetRandomColor(){
returncolors[(int)(Math.random()*colors.length)];
}
privatestaticintgetRandomX(){
return(int)(Math.random()*100);
}
privatestaticintgetRandomY(){
return(int)(Math.random()*100);
}
}

步骤 5：执行程序，输出结果：

Creatingcircleofcolor:Black
Circle:Draw()[Color:Black,x:36,y:71,radius:100
Creatingcircleofcolor:Green
Circle:Draw()[Color:Green,x:27,y:27,radius:100
Creatingcircleofcolor:White
Circle:Draw()[Color:White,x:64,y:10,radius:100
Creatingcircleofcolor:Red
Circle:Draw()[Color:Red,x:15,y:44,radius:100
Circle:Draw()[Color:Green,x:19,y:10,radius:100
Circle:Draw()[Color:Green,x:94,y:32,radius:100
Circle:Draw()[Color:White,x:69,y:98,radius:100
Creatingcircleofcolor:Blue
Circle:Draw()[Color:Blue,x:13,y:4,radius:100
Circle:Draw()[Color:Green,x:21,y:21,radius:100
Circle:Draw()[Color:Blue,x:55,y:86,radius:100
Circle:Draw()[Color:White,x:90,y:70,radius:100
Circle:Draw()[Color:Green,x:78,y:3,radius:100
Circle:Draw()[Color:Green,x:64,y:89,radius:100
Circle:Draw()[Color:Blue,x:3,y:91,radius:100
Circle:Draw()[Color:Blue,x:62,y:82,radius:100
Circle:Draw()[Color:Green,x:97,y:61,radius:100
Circle:Draw()[Color:Green,x:86,y:12,radius:100
Circle:Draw()[Color:Green,x:38,y:93,radius:100
Circle:Draw()[Color:Red,x:76,y:82,radius:100
Circle:Draw()[Color:Blue,x:95,y:82,radius:100

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