享元模式——对象实例的复用

Demo 地址： https://github.com/ooblee/HelloDesignPattern

1. 定义

享元模式(Flyweight Pattern)：运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。系统只使用少量的对象，而这些对象都很相似，状态变化很小，可以实现对象的多次复用。由于享元模式要求能够共享的对象必须是细粒度对象，因此它又称为轻量级模式，它是一种对象结构型模式。

共享对象，复用对象实例。

2. 设计

主要角色：

• 抽象享元类（Flyweight），声明享元公共方法，可以给外界获取内部状态，或者给享元设置外部状态。
• 具体享元类（Concrete Flyweight），实现享元抽象类，为内部享元提供存储空间。
• 非共享享元类（Unshared Concrete Flyweight），不能被共享的享元类。
• 享元工厂类（Flyweight Factory），创建并且管理享元对象。

类图：

抽象享元类，定义所有享元的公共方法。

public interface IFlyweight {

    void sayHello();
}

具体享元类，实现方法：

public class ConcreteFlyweight implements IFlyweight {

    private String hello;

    public ConcreteFlyweight(String hello) {
        this.hello = hello;
    }

    public void sayHello() {
        System.out.println(hello);
    }
}

享元工厂，使用 Map 缓存享元，在创建享元的接口里，先走缓存获取，没有的话再创建。

public class FlyweightFactory {

    private Map<String, IFlyweight> flyweightMap = new HashMap<String, IFlyweight>();

    public IFlyweight getFlyweight(String key) {
        IFlyweight flyweight = flyweightMap.get(key);
        if (flyweight == null) {
            flyweight = new ConcreteFlyweight(key);
            flyweightMap.put(key, flyweight);
        }
        return flyweight;
    }

}

使用地方：

public class TestFlyweight {

    public static void main(String[] args) {
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();

        // 新对象
        IFlyweight flyweight = factory.getFlyweight("sayHello");
        flyweight.sayHello();

        // 新对象
        IFlyweight flyweight1 = factory.getFlyweight("你好");
        flyweight1.sayHello();

        // 对象复用
        IFlyweight flyweight2 = factory.getFlyweight("sayHello");
        flyweight2.sayHello();
        System.out.println("复用：" + (flyweight == flyweight2));

        // 不可复用对象
        IFlyweight flyweight3 = new UnshareConcreteFlyweight();
        flyweight3.sayHello();
    }
}

可以看到，后续一样的 “sayHello” 对象没有重复创建，而是复用了之前创建的。

2.1. 内部状态与外部状态

享元类设计的关键步骤就是把内部状态和外部状态进行剥离。

• 内部状态可以做为成员变量。
• 外部状态不可以，需要外部传入。

3. 应用

应用在这些场景：

• 节约内存，存在大量相同或者相似的对象。
• 对象需要重复使用。

3.1. DruidDataSource

DruidDataSource 属于数据库连接池，用来缓存数据库连接。

数据库连接可复用，无需大量创建。

缓存池使用了数组实现，连接和连接相关的配置信息被封装在 DruidConnectionHolder 中了。

private volatile DruidConnectionHolder[] connections;

具体的获取逻辑在 getConnectionInternal 中实现。先从缓存读取，没有的话阻塞等待新创建的连接然后返回。

3.2. JDK：Integer#valueOf(int)

Java 使用 Integer 包装类的时候，使用工厂方法 valueOf 的地方有应用了享元模式。

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

可以内部使用了 IntegerCache 来进行缓存。

    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() {}
    }

可以看到，在 [-128，127] 的包装类已经在类加载过程中，提前放入了缓存中。

这个区间的包装类使用频繁，这里可以进行复用。

3.3. Glide：Bitmap 缓存

4. 特点

4.1. 优点

• 节约内存，相同或者相似的对象只留一份。
• 外部状态独立，独立的外部状态，在不同的环境中均可以使用。

4.2. 缺点

• 设计复杂，享元需要分离出外部状态和内部状态。
• 外部状态获取耗时，获取外部状态时间较长。