秒懂设计模式--学习笔记(11)【结构型-享元模式】
10、享元模式
10.1 享元模式
- “享元”则是共享元件的意思
- 享元模式的英文flyweight是轻量级的意思，这就意味着享元模式能使程序变得更加轻量化
- 当系统存在大量的对象，并且这些对象又具有相同的内部状态时，我们就可以用享元模式共享相同的元件对象，以避免对象泛滥造成资源浪费。
- 测试类结构
10.2 举例
10.2.1 马赛克
- 虽然马赛克小块数量比较多，但经过观察我们会发现，
- 分析组成，进行归类后，找到元件只有4种：黑色块、灰色块、灰白色块以及白色块。
- 我们可以说，这就是4个“元”色块
10.2.2 游戏地图（以草原地图作为范例）
- 对组成部分进行归类分析，找到原件
- 游戏地图都是由一个个小的单元图块组成的
- 其中除房屋比较大之外，其他图块的尺寸都一样，它们分别为河流、草地、道路，这些图块便是4个元图块
- 分析建模
- 定义一个图块类来描述图块，具体属性应该包括“图片”和“位置”信息，并且具备按照这些信息去绘制图块的能力：Segment
package flyweight; /** * @Description 图块类 */ public class Segment { /** * 材质图 */ private String image; /** * 位置坐标 */ private int x,y; /** * 显式带参构造方法：初始化各参数 * @param image 材质图 * @param x 横坐标 * @param y 纵坐标 */ public Segment(String image, int x, int y) { this.image = image; System.out.println("从磁盘加载[" + image + "]图片……"); this.x = x; this.y = y; } /** * 图块绘制方法：按坐标位置绘制在地图上 */ public void draw() { System.out.println("在位置[" + x + ":" + y + "]上绘制图片：[" + image + "]"); } }- 在地图第一行随便绘制一些图块,Client.test1()
- 在这一步会发现，图片加载很慢，一张图片加载要半秒，10张图块就要耗费5秒，影响用户体验
package flyweight; /** *@Description 测试类 */ public class Client { private static void test1() { //在地图第一行随便绘制一些图块 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(); } }- 图片与坐标状态初始化后就固定下来了，简单讲就是被绘制出来后就不必变动了，即使要变也是将拼好的地图作为一个大对象整体挪动
- 图件共享（优化）
- 继续分析每个图块的坐标是不同的，但有很大一部分图块的材质图（图片）是相同的
- 于是我们可以得出结论，材质图是可以作为享元的，而坐标则不能
- 既然要共享相同的图片，那么我们就得将图块类按图片拆分成更细的材质类，如河流类、草地类、道路类等
- 而坐标不能作为图块类的享元属性，所以我们就得设法把这个属性抽离出去由外部负责
- 代码实战
- 首先需要定义一个接口，规范这些材质类的绘图标准（接口：规范标准Drawable）
- 当然，除了接口方式，我们还可以用抽象类抽离出更多的属性和方法，使子类变得更加简单
- 首先需要定义一个接口，规范这些材质类的绘图标准（接口：规范标准Drawable）
package flyweight; /** * @Description 绘图接口: 规范这些材质类的绘图标准 * 当然，除了接口方式，我们还可以用抽象类抽离出更多的属性和方法，使子类变得更加简单 */ public interface DrawAble { /** * 绘图方法，接收地图坐标 * @param x 横坐标 * @param y 纵坐标 */ void draw(int x, int y); }- 定义一系列材质类并实现此绘图接口
- 河流类River
package flyweight.texture; import flyweight.DrawAble; /** * @Description 河流类 */ public class River implements DrawAble { /** * 享元属性： 河流图片材质作为内部属性 */ private String image; /** * 类构造器中加载河流图片 * 这就是类内部即将共享的“元”数据了，我们通常称之为“内蕴状态” */ public River() { this.image = "河流"; System.out.print("从磁盘加载[" + image + "]图片，耗时……"); } /** * 重写绘图方法 * 而作为“外蕴状态”的坐标是无法作为享元的，由外部传入 * @param x 横坐标 * @param y 纵坐标 */ @Override public void draw(int x, int y) { System.out.println("在位置[" + x + ":" + y + "]上绘制图片：[" + image + "]"); } }- 草地类Grass
package flyweight.texture; import flyweight.DrawAble; /** * @Description 草地类 */ public class Grass implements DrawAble { /** * 享元属性：草地图片材质 */ private String image; public Grass() { this.image = "草地"; System.out.print("从磁盘加载[" + image + "]图片，耗时……"); } @Override public void draw(int x, int y) { System.out.println("在位置[" + x + ":" + y + "]上绘制图片：[" + image + "]"); } }- 道路类Road
package flyweight.texture; import flyweight.DrawAble; /** * @Description 道路类 */ public class Road implements DrawAble { /** * 道路图片材质 */ private String image; public Road() { this.image = "道路"; System.out.println("从磁盘加载[" + image + "]图片，耗时…"); } @Override public void draw(int x, int y) { System.out.println("在位置[" + x + ":" + y + "]上绘制图片：[" + image + "]"); } }- 房屋类House
package flyweight.texture; import flyweight.DrawAble; /** * @Description 房屋类 */ public class House implements DrawAble { private String image;//房屋图片材质 public House() { this.image = "房屋"; System.out.print("从磁盘加载[" + image + "]图片，耗时……"); } @Override public void draw(int x, int y) { System.out.print("将图层切换到顶层……");//房屋盖在地板上，所以切换到顶层图层 System.out.println("在位置[" + x + ":" + y + "]上绘制图片：[" + image + "]"); } } - “元之共享”的关键:
- 定义一个图件工厂类
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 图件工厂类 */ public class SegmentFactory { /** * 图库: 维护着所有的图件元对象 */ private Map<String, DrawAble> images; public SegmentFactory() { images = new HashMap<String, DrawAble>(); } public DrawAble getDrawable(String image) { //缓存池里如果没有图件，则实例化并放入缓存池 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，缓存池里必然有图件，直接取得并返回 return images.get(image); } }- 并将各种图件对象提前放入内存中共享，如此便可以避免每次从磁盘重新加载
- 测试：Client.test2()
private static void test2() { //先实例化图件工厂 SegmentFactory factory = new SegmentFactory(); /* * 随便绘制一列为例: * 抛弃了利用“new”关键字随意制造对象的方法， * 改用这个图件工厂类来构建并共享图件元，外部需要什么图件直接向图件工厂索要即可 */ 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); //绘制完地板后接着在顶层绘制房屋 factory.getDrawable("房子").draw(10, 10); factory.getDrawable("房子").draw(10, 50); } - 小结
- 相同部分可以作为享元，如在构造器中加载的，作为内部类即将共享的元数据，通常称为“内蕴状态”
- 不同部分不能作为享元，如在实现房中作为参数传入的属性，称为“外蕴状态”
10.3 总结
- 享元模式让图件对象将可共享的内蕴状态“图片”维护起来，将外蕴状态“坐标”抽离出去并定义于接口参数中
- 基于此，享元工厂便可以顺利将图件对象共享，以供外部随时使用。
- 享元模式的各角色定义如下
- Flyweight（享元接口）：所有元件的高层规范，声明与外蕴状态互动的接口标准。如：DrawAble。
- ConcreteFlyweight（享元实现）：
- 享元接口的元件实现类，自身维护着内蕴状态，且能接受并响应外蕴状态，
- 可以有多个实现。如：河流类River、草地类Grass、道路类Road等。
- 一个享元对象可以被称作一个“元”
- FlyweightFactory（享元工厂）：用来维护享元对象的工厂，负责对享元对象实例进行创建与管理，并对外提供获取享元对象的服务。SegmentFactory
- Client（客户端）：享元的使用者，负责维护外蕴状态。Client
- “享元”的理念其实就是萃取事物的本质
- 将对象的内蕴状态与外蕴状态剥离开来，其中内蕴状态成为真正的“元”数据，而外蕴状态则被抽离出去由外部负责维护
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