10、享元模式

10.1 享元模式

• “享元”則是共享元件的意思
• 享元模式的英文flyweight是輕量級(jí)的意思，這就意味著享元模式能使程序變得更加輕量化
• 當(dāng)系統(tǒng)存在大量的對(duì)象，并且這些對(duì)象又具有相同的內(nèi)部狀態(tài)時(shí)，我們就可以用享元模式共享相同的元件對(duì)象，以避免對(duì)象泛濫造成資源浪費(fèi)。
• 測(cè)試類結(jié)構(gòu)
  

10.2 舉例

10.2.1 馬賽克

• 雖然馬賽克小塊數(shù)量比較多，但經(jīng)過(guò)觀察我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，
• 分析組成，進(jìn)行歸類后，找到元件只有4種：黑色塊、灰色塊、灰白色塊以及白色塊。
• 我們可以說(shuō)，這就是4個(gè)“元”色塊

10.2.2 游戲地圖（以草原地圖作為范例）

• 對(duì)組成部分進(jìn)行歸類分析，找到原件
  • 游戲地圖都是由一個(gè)個(gè)小的單元圖塊組成的
  • 其中除房屋比較大之外，其他圖塊的尺寸都一樣，它們分別為河流、草地、道路，這些圖塊便是4個(gè)元圖塊
• 分析建模
  • 定義一個(gè)圖塊類來(lái)描述圖塊，具體屬性應(yīng)該包括“圖片”和“位置”信息，并且具備按照這些信息去繪制圖塊的能力：Segment

  package flyweight;/*** @Description 圖塊類*/
  public class Segment {/*** 材質(zhì)圖*/private String image;/*** 位置坐標(biāo)*/private int x,y;/*** 顯式帶參構(gòu)造方法：初始化各參數(shù)* @param image 材質(zhì)圖* @param x 橫坐標(biāo)* @param y 縱坐標(biāo)*/public Segment(String image, int x, int y) {this.image = image;System.out.println("從磁盤(pán)加載[" + image + "]圖片……");this.x = x;this.y = y;}/*** 圖塊繪制方法：按坐標(biāo)位置繪制在地圖上*/public void draw() {System.out.println("在位置[" + x + ":" + y + "]上繪制圖片：[" + image + "]");}
  }
  

  • 在地圖第一行隨便繪制一些圖塊,Client.test1()
    • 在這一步會(huì)發(fā)現(xiàn)，圖片加載很慢，一張圖片加載要半秒，10張圖塊就要耗費(fèi)5秒，影響用戶體驗(yàn)

  package flyweight;/**
  *@Description 測(cè)試類
  */
  public class Client {private static void test1() {//在地圖第一行隨便繪制一些圖塊new Segment("河流", 10, 10).draw();new Segment("河流", 10, 20).draw();new Segment("道路", 10, 30).draw();new Segment("草地", 10, 40).draw();new Segment("草地", 10, 50).draw();new Segment("草地", 10, 60).draw();new Segment("草地", 10, 70).draw();new Segment("草地", 10, 80).draw();new Segment("道路", 10, 90).draw();new Segment("道路", 10, 100).draw();}
  }
  

  • 圖片與坐標(biāo)狀態(tài)初始化后就固定下來(lái)了，簡(jiǎn)單講就是被繪制出來(lái)后就不必變動(dòng)了，即使要變也是將拼好的地圖作為一個(gè)大對(duì)象整體挪動(dòng)
• 圖件共享（優(yōu)化）
  • 繼續(xù)分析每個(gè)圖塊的坐標(biāo)是不同的，但有很大一部分圖塊的材質(zhì)圖（圖片）是相同的
  • 于是我們可以得出結(jié)論，材質(zhì)圖是可以作為享元的，而坐標(biāo)則不能
  • 既然要共享相同的圖片，那么我們就得將圖塊類按圖片拆分成更細(xì)的材質(zhì)類，如河流類、草地類、道路類等
  • 而坐標(biāo)不能作為圖塊類的享元屬性，所以我們就得設(shè)法把這個(gè)屬性抽離出去由外部負(fù)責(zé)
  • 代碼實(shí)戰(zhàn)
    • 首先需要定義一個(gè)接口，規(guī)范這些材質(zhì)類的繪圖標(biāo)準(zhǔn)（接口：規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)Drawable）
      • 當(dāng)然，除了接口方式，我們還可以用抽象類抽離出更多的屬性和方法，使子類變得更加簡(jiǎn)單

  package flyweight;
  /**
  * @Description 繪圖接口: 規(guī)范這些材質(zhì)類的繪圖標(biāo)準(zhǔn)
  *                  當(dāng)然，除了接口方式，我們還可以用抽象類抽離出更多的屬性和方法，使子類變得更加簡(jiǎn)單
  */
  public interface DrawAble {
  /**
  * 繪圖方法，接收地圖坐標(biāo)
  * @param x 橫坐標(biāo)
  * @param y 縱坐標(biāo)
  */
  void draw(int x, int y);
  }
  

  • 定義一系列材質(zhì)類并實(shí)現(xiàn)此繪圖接口
    • 河流類River

    package flyweight.texture;
    import flyweight.DrawAble;
    /*** @Description 河流類*/
    public class River implements DrawAble {/*** 享元屬性： 河流圖片材質(zhì)作為內(nèi)部屬性*/private String image;/*** 類構(gòu)造器中加載河流圖片*      這就是類內(nèi)部即將共享的“元”數(shù)據(jù)了，我們通常稱之為“內(nèi)蘊(yùn)狀態(tài)”*/public River() {this.image = "河流";System.out.print("從磁盤(pán)加載[" + image + "]圖片，耗時(shí)……");}/*** 重寫(xiě)繪圖方法* 而作為“外蘊(yùn)狀態(tài)”的坐標(biāo)是無(wú)法作為享元的，由外部傳入* @param x 橫坐標(biāo)* @param y 縱坐標(biāo)*/@Overridepublic void draw(int x, int y) {System.out.println("在位置[" + x + ":" + y + "]上繪制圖片：[" + image + "]");}
    }
    

    • 草地類Grass

     package flyweight.texture;import flyweight.DrawAble;/*** @Description 草地類*/public class Grass implements DrawAble {/*** 享元屬性：草地圖片材質(zhì)*/private String image;public Grass() {this.image = "草地";System.out.print("從磁盤(pán)加載[" + image + "]圖片，耗時(shí)……");}@Overridepublic void draw(int x, int y) {System.out.println("在位置[" + x + ":" + y + "]上繪制圖片：[" + image + "]");}}
    

    • 道路類Road

    	package flyweight.texture;import flyweight.DrawAble;/*** @Description 道路類*/public class Road implements DrawAble {/*** 道路圖片材質(zhì)*/private String image;public Road() {this.image = "道路";System.out.println("從磁盤(pán)加載[" + image + "]圖片，耗時(shí)…");}@Overridepublic void draw(int x, int y) {System.out.println("在位置[" + x + ":" + y + "]上繪制圖片：[" + image + "]");}}
    

    • 房屋類House

     package flyweight.texture;import flyweight.DrawAble;/*** @Description 房屋類*/public class House implements DrawAble {private String image;//房屋圖片材質(zhì)public House() {this.image = "房屋";System.out.print("從磁盤(pán)加載[" + image + "]圖片，耗時(shí)……");}@Overridepublic void draw(int x, int y) {System.out.print("將圖層切換到頂層……");//房屋蓋在地板上，所以切換到頂層圖層System.out.println("在位置[" + x + ":" + y + "]上繪制圖片：[" + image + "]");}}
    

  • “元之共享”的關(guān)鍵:
    • 定義一個(gè)圖件工廠類

     package flyweight.factory;import flyweight.DrawAble;import flyweight.texture.Grass;import flyweight.texture.House;import flyweight.texture.River;import flyweight.texture.Road;import java.util.HashMap;import java.util.Map;/*** @Description 圖件工廠類*/public class SegmentFactory {/*** 圖庫(kù): 維護(hù)著所有的圖件元對(duì)象*/private Map<String, DrawAble> images;public SegmentFactory() {images = new HashMap<String, DrawAble>();}public DrawAble getDrawable(String image) {//緩存池里如果沒(méi)有圖件，則實(shí)例化并放入緩存池if(!images.containsKey(image)){switch (image) {case "河流":images.put(image, new River());break;case "草地":images.put(image, new Grass());break;case "道路":images.put(image, new Road());break;case "房屋":images.put(image, new House());}}//至此，緩存池里必然有圖件，直接取得并返回return images.get(image);}}
    

    • 并將各種圖件對(duì)象提前放入內(nèi)存中共享，如此便可以避免每次從磁盤(pán)重新加載
  • 測(cè)試：Client.test2()

        private static void test2() {//先實(shí)例化圖件工廠SegmentFactory factory = new SegmentFactory();/** 隨便繪制一列為例:*      拋棄了利用“new”關(guān)鍵字隨意制造對(duì)象的方法，*      改用這個(gè)圖件工廠類來(lái)構(gòu)建并共享圖件元，外部需要什么圖件直接向圖件工廠索要即可*/factory.getDrawable("河流").draw(10, 10);factory.getDrawable("河流").draw(10, 20);factory.getDrawable("道路").draw(10, 30);factory.getDrawable("草地").draw(10, 40);factory.getDrawable("草地").draw(10, 50);factory.getDrawable("草地").draw(10, 60);factory.getDrawable("草地").draw(10, 70);factory.getDrawable("草地").draw(10, 80);factory.getDrawable("道路").draw(10, 90);factory.getDrawable("道路").draw(10, 100);//繪制完地板后接著在頂層繪制房屋factory.getDrawable("房子").draw(10, 10);factory.getDrawable("房子").draw(10, 50);}
    

  • 小結(jié)
    • 相同部分可以作為享元，如在構(gòu)造器中加載的，作為內(nèi)部類即將共享的元數(shù)據(jù)，通常稱為“內(nèi)蘊(yùn)狀態(tài)”
    • 不同部分不能作為享元，如在實(shí)現(xiàn)房中作為參數(shù)傳入的屬性，稱為“外蘊(yùn)狀態(tài)”

10.3 總結(jié)

• 享元模式讓圖件對(duì)象將可共享的內(nèi)蘊(yùn)狀態(tài)“圖片”維護(hù)起來(lái)，將外蘊(yùn)狀態(tài)“坐標(biāo)”抽離出去并定義于接口參數(shù)中
• 基于此，享元工廠便可以順利將圖件對(duì)象共享，以供外部隨時(shí)使用。
• 享元模式的各角色定義如下
  • Flyweight（享元接口）：所有元件的高層規(guī)范，聲明與外蘊(yùn)狀態(tài)互動(dòng)的接口標(biāo)準(zhǔn)。如：DrawAble。
  • ConcreteFlyweight（享元實(shí)現(xiàn)）：
    • 享元接口的元件實(shí)現(xiàn)類，自身維護(hù)著內(nèi)蘊(yùn)狀態(tài)，且能接受并響應(yīng)外蘊(yùn)狀態(tài)，
    • 可以有多個(gè)實(shí)現(xiàn)。如：河流類River、草地類Grass、道路類Road等。
    • 一個(gè)享元對(duì)象可以被稱作一個(gè)“元”
  • FlyweightFactory（享元工廠）：用來(lái)維護(hù)享元對(duì)象的工廠，負(fù)責(zé)對(duì)享元對(duì)象實(shí)例進(jìn)行創(chuàng)建與管理，并對(duì)外提供獲取享元對(duì)象的服務(wù)。SegmentFactory
  • Client（客戶端）：享元的使用者，負(fù)責(zé)維護(hù)外蘊(yùn)狀態(tài)。Client
• “享元”的理念其實(shí)就是萃取事物的本質(zhì)
• 將對(duì)象的內(nèi)蘊(yùn)狀態(tài)與外蘊(yùn)狀態(tài)剝離開(kāi)來(lái)，其中內(nèi)蘊(yùn)狀態(tài)成為真正的“元”數(shù)據(jù)，而外蘊(yùn)狀態(tài)則被抽離出去由外部負(fù)責(zé)維護(hù)