网站常规seo优化步骤,网店图片怎么制作,深圳网站制作排行榜,wordpress的DUX主题1. 概念 享元模式是一种结构型设计模式#xff0c;它通过共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。 2. 原理结构图 图1 图2 2. 1 角色 抽象享元#xff08;Flyweight#xff09;#xff1a;这是所有具体享元类的基类#xff0c;它定义了享元对象的内部状态和外部状…1. 概念 享元模式是一种结构型设计模式它通过共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。 2. 原理结构图 图1 图2 2. 1 角色 抽象享元Flyweight这是所有具体享元类的基类它定义了享元对象的内部状态和外部状态以及需要实现的公共接口。外部状态通常以参数的形式通过方法传入。具体享元Concrete Flyweight这个角色实现了抽象享元中定义的接口具体的享元类包含了实现细节它们共享相同的内部状态但可以根据需要存储或计算外部状态。非享元Unsharable Flyweight代表不可以共享的外部状态这些状态是特定于上下文的因此不能共享。它们以参数的形式注入到具体享元的相关方法中。享元工厂Flyweight Factory用于构建一个池容器负责创建和管理享元对象。当客户端请求一个享元对象时享元工厂会检查系统中是否已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则创建一个新的享元对象 2. 2 内部状态和外部状态 **享元模式的内部状态和外部状态是模式的核心概念**它们在实现对象共享和优化内存使用中起着关键作用。 内部状态 内部状态是享元对象的固有属性这些属性不会随着外部环境的变化而改变。它是可以共享的状态通常设计为不可变的属性以便于多个享元对象之间共享。例如在一个文档编辑器中字体或颜色方案可以是内部状态因为它们是共享的并且不会因为文档的不同部分而改变 外部状态 外部状态是随环境变化而变化的、不可以共享的状态。它通常是依赖于某个特定上下文的信息比如对象的位置或者是与其他对象的临时关系。在连接池的例子中连接的可用状态就是外部状态因为它会随着连接是否被使用而改变并且每个连接的可用状态是独立的不能共享。 举例 假设我们有一个在线字体库用户可以从字体库中选择字体并设置字体的颜色和大小。在这个例子中字体的字符集如宋体、黑体等就是内部状态因为这是字体对象固有的属性不随用户的操作而改变。而字体的颜色、大小等属性就是外部状态因为这些属性会随着用户的选择而改变。 3. 代码示例 3.1 示例1 使用享元模式实现一个字符渲染系统。在这个系统中有很多字符需要渲染但每个字符可能只是颜色或字体大小上有所不同而字符的形状本身是一样的。因此可以共享字符的形状而只存储不同的颜色或字体大小信息。 // Flyweight 接口 interface Flyweight {void operation(int extrinsicState); }// ConcreteFlyweight 类实现 Flyweight 接口 class UncheckedFlyweight implements Flyweight {private final String name;public UncheckedFlyweight(String name) {this.name name;}Overridepublic void operation(int extrinsicState) {System.out.println(Displaying name with extrinsic state extrinsicState);} }// FlyweightFactory 类用于创建和管理 Flyweight 对象 class FlyweightFactory {private final MapString, Flyweight flyweights new HashMap();public Flyweight getFlyweight(String key) {Flyweight flyweight flyweights.get(key);if (flyweight null) {flyweight new UncheckedFlyweight(key);flyweights.put(key, flyweight);}return flyweight;} }// Client 类使用 Flyweight 对象 class Client {private final FlyweightFactory factory;public Client(FlyweightFactory factory) {this.factory factory;}public void display(String key, int extrinsicState) {Flyweight flyweight factory.getFlyweight(key);flyweight.operation(extrinsicState);} }public class FlyweightPatternDemo {public static void main(String[] args) {// 创建 FlyweightFactory 实例FlyweightFactory factory new FlyweightFactory();// 创建 Client 实例Client client new Client(factory);// 使用 Client 显示字符传入不同的外部状态client.display(A, 1); // 显示字符 A使用外部状态 1可能是红色client.display(B, 2); // 显示字符 B使用外部状态 2可能是绿色client.display(A, 3); // 再次显示字符 A使用外部状态 3可能是蓝色} }运行FlyweightPatternDemo类的main方法将看到以下输出 Displaying A with extrinsic state 1 Displaying B with extrinsic state 2 Displaying A with extrinsic state 3在这个例子中尽管多次请求显示字符A但FlyweightFactory只创建了一个A字符对象并在后续请求中重复使用了它。这减少了内存中的对象数量提高了性能。同时通过传入不同的外部状态可以为同一个字符对象赋予不同的表现如不同的颜色或字体大小。 3.2 示例2 有一个简单的图形渲染系统其中有一些基础的图形如圆形、矩形可以共享而每个图形实例可以有不同的颜色、大小等属性。 // Flyweight 接口表示可共享对象 interface Flyweight {void draw(); }// UnsharedFlyweight 接口表示不可共享对象 interface UnsharedFlyweight {void setExtrinsicState(int state);void operation(); }// ConcreteFlyweight 类实现 Flyweight 接口 class ConcreteFlyweight implements Flyweight {private final String shape;public ConcreteFlyweight(String shape) {this.shape shape;}Overridepublic void draw() {System.out.println(Drawing shape);} }// ConcreteUnsharedFlyweight 类实现 UnsharedFlyweight 接口 class ConcreteUnsharedFlyweight implements UnsharedFlyweight {private int extrinsicState;Overridepublic void setExtrinsicState(int state) {this.extrinsicState state;}Overridepublic void operation() {System.out.println(Operating on unshared flyweight with extrinsic state extrinsicState);} }// FlyweightFactory 类用于创建和管理 Flyweight 对象 class FlyweightFactory {private final MapString, Flyweight flyweights new HashMap();public Flyweight getFlyweight(String key) {Flyweight flyweight flyweights.get(key);if (flyweight null) {flyweight new ConcreteFlyweight(key);flyweights.put(key, flyweight);}return flyweight;} }class GraphicsSystem {private final FlyweightFactory flyweightFactory;private UnsharedFlyweight unsharedFlyweight;public GraphicsSystem(FlyweightFactory flyweightFactory) {this.flyweightFactory flyweightFactory;}public void setUnsharedFlyweight(UnsharedFlyweight unsharedFlyweight) {this.unsharedFlyweight unsharedFlyweight;}public void drawShape(String shapeKey, int extrinsicState) {Flyweight flyweight flyweightFactory.getFlyweight(shapeKey);flyweight.draw();if (unsharedFlyweight ! null) {unsharedFlyweight.setExtrinsicState(extrinsicState);unsharedFlyweight.operation();}} }public class FlyweightPatternDemo {public static void main(String[] args) {// 创建 FlyweightFactory 实例FlyweightFactory flyweightFactory new FlyweightFactory();// 创建 GraphicsSystem 实例GraphicsSystem graphicsSystem new GraphicsSystem(flyweightFactory);// 创建非共享的 UnsharedFlyweight 对象UnsharedFlyweight unsharedFlyweight new ConcreteUnsharedFlyweight();graphicsSystem.setUnsharedFlyweight(unsharedFlyweight);// 使用 GraphicsSystem 绘制不同的形状并设置非共享对象的状态graphicsSystem.drawShape(Circle, 1); // 绘制圆形设置非共享对象状态为 1graphicsSystem.drawShape(Rectangle, 2); // 绘制矩形设置非共享对象状态为 2graphicsSystem.drawShape(Circle, 3); // 再次绘制圆形设置非共享对象状态为 3} } 当运行main方法时会看到以下输出 Drawing Circle Operating on unshared flyweight with extrinsic state 1 Drawing Rectangle Operating on unshared flyweight with extrinsic state 2 Drawing Circle Operating on unshared flyweight with extrinsic state 3在这个输出中可以看到 对于圆形和矩形由于它们是可共享的所以FlyweightFactory只创建了一个实例并在后续的调用中返回了相同的实例。对于非共享对象每次调用drawShape方法时都设置了不同的状态并进行了操作。 这个示例展示了享元模式在资源受限的情况下如何有效地重用对象同时保留了处理特定外部状态或行为的能力。通过区分共享和非共享对象可以在提高性能和减少内存消耗的同时保持代码的灵活性和扩展性。 4. 优缺点 主要作用 通过共享对象来减少内存使用和提高性能。 优点 减少内存消耗通过共享对象可以显著减少系统中对象的数量从而节省内存空间。这在处理大量相似对象时尤为有效如数据库连接池、线程池等场景。提高系统性能由于减少了对象的创建和销毁享元模式可以提高系统的响应速度和性能。在高并发场景下如电商网站的购物车或在线游戏的排行榜这种性能提升尤为显著。支持对象共享通过将对象的状态分为内部状态和外部状态享元模式可以实现对象的可共享性。这使得多个对象可以共享相同的内部状态而保持各自独立的外部状态。 缺点 实现较为复杂享元模式需要将对象的状态分为内部状态和外部状态这可能需要额外的设计和编程工作。同时使用工厂类来管理共享对象也可能增加实现的复杂性。可能影响系统维护性将对象状态分为内部和外部状态可能会增加系统的复杂度使得系统的维护和理解变得更加困难。此外如果过度使用享元模式可能会导致代码的可读性和可维护性下降。可能降低代码可读性由于享元模式使用工厂类来管理共享对象可能会增加代码的抽象层次和间接性从而降低代码的可读性。对于不熟悉该模式的开发人员来说理解和维护代码可能会更加困难。 5. 应用场景 5.1 主要包括以下几个方面 大量共享对象的场景在系统中存在大量共享对象时如数据库连接池、线程池等可以通过享元模式实现对象的共享减少对象的创建和销毁提高系统的性能和可扩展性。大数据量的场景处理大量数据的系统中往往存在大量重复对象如图像处理中的像素点、文本处理中的单词等。这些对象可以通过享元模式进行共享减少对象的创建和内存消耗提高系统的性能和可扩展性。高并发的场景高并发系统如电商网站的购物车、在线游戏的排行榜等存在大量的请求和对象。通过享元模式共享这些对象可以减少对象的创建和销毁从而提高系统的并发处理能力和响应速度。分布式系统中的对象共享在分布式系统中存在大量对象需要在不同节点间共享如分布式缓存系统、分布式锁等。享元模式可以有效地支持这些对象在分布式环境中的共享。 5.2 实际应用 五子棋游戏在五子棋游戏中可以使用享元模式来表示棋子。由于棋盘上可能存在大量重复的棋子例如黑棋或白棋享元模式可以通过共享相同的棋子对象来减少内存占用。在这个场景中棋子类可以作为抽象享元角色而具体的颜色实例如黑棋或白棋则是具体享元角色。文档编辑器在文本编辑器或处理软件中可以使用享元模式来管理文本中的字符。由于同一个文档中可能包含大量重复的字符使用享元模式可以有效地减少内存消耗。在这种情况下字符类是抽象享元角色而具体的字符实例如’a’、‘b’、c’等是具体享元角色。网页开发在网页开发中可以使用享元模式来管理图标、图片或其他重复使用的图形元素。这有助于减少页面加载时间并降低服务器的带宽需求。网络游戏在多人网络游戏中可以使用享元模式来管理游戏中的角色、道具等资源。这有助于减少服务器的资源消耗并提高游戏的可伸缩性。电子商务平台在电子商务平台中可以使用享元模式来管理商品图片、评价等级图标等元素。这有助于减少页面加载时间并提高用户体验。 6. JDK中的使用 字符串池String PoolJava中的String类使用了一个内部的字符串池来管理字符串对象。当您创建一个新的String对象时如果相同的值已经存在于池中那么新的引用将指向池中的现有对象而不是创建一个新的对象。这通过String类的intern()方法实现该方法确保了相同内容的字符串共享同一个对象。Integer缓存对于整数类型的自动装箱操作Java内部维护了一个小的缓存通常是-128到127之间的整数当进行自动装箱时如果整数值在这个范围内将直接返回缓存中的对象而不是创建新的对象。Boolean值类似于IntegerBoolean类型的true和false在自动装箱时也是直接返回缓存中的实例不会创建新对象。 7. 注意事项 区分内外部状态确保对象的内部状态是共享的而外部状态是从外部传入的。内部状态是共享的关键而外部状态则是每个对象特有的。管理共享对象使用工厂模式来管理享元对象确保它们被正确地创建和复用。线程安全在多线程环境中要注意线程安全问题避免共享对象的状态被意外修改。节省内存享元模式通过复用对象来节省内存这在处理大量对象时尤其重要。理解概念“享”代表共享“元”代表对象。当系统中有大量对象消耗大量内存时可以考虑使用享元模式。不变属性存储享元对象应只存储不变的共享属性可变属性应由非享元类存储并通过享元工厂进行管理。