java设计模式-享元模式

享元模式

享元模式是设计模式中少数几个以提高系统性能为目的的模式之一。它的核心思想是：如果在一个系统中存在多个相同的对象，那么只需共享一份对象的拷贝，而不必为每一次使用都创建新的对象。在享元模式中，由于需要构造和维护这些可以共享的对象，因此，常常会出现一个工厂类，用于维护和创建对象。

享元模式对性能提升的主要帮助有两点：

（1）可以节省重复创建对象的开销，因为被享元模式维护的相同对象只会被创建一次，当创建对象比较耗时时，便可以节省大量时间。

（2）由于创建对象的数量减少，所以对系统内存的需求也减小，这将使得GC的压力也相应地降低，进而使得系统拥有一个更健康的内存结构和更快的反应速度。

享元模式的主要角色由享元工厂、抽象享元、具体享元类和主函数几部分组成。它们的功能如表2.3所示。

表2.3  享元模式角色

角    色

作    用

享元工厂

用以创建具体享元类，维护相同的享元对象。

它保证相同的享元对象可以被系统共享。即，

其内部使用了类似单例模式的算法，当请求对象

已经存在时，直接返回对象，不存在时，再创建对象

抽象享元

定义需共享的对象的业务接口。享元类被创建

出来总是为了实现某些特定的业务逻辑，

而抽象享元便定义这些逻辑的语义行为

具体享元类

实现抽象享元类的接口，完成某一具体逻辑

Main

使用享元模式的组件，通过享元工厂取得享元对象

基于以上角色，享元模式的结构如图2.5所示。

 图2.5  享元模式类图

享元工厂是享元模式的核心，它需要确保系统可以共享相同的对象。一般情况下，享元工厂会维护一个对象列表，当任何组件尝试获取享元类时，如果请求的享元类已经被创建，则直接返回已有的享元类；若没有，则创建一个新的享元对象，并将它加入到维护队列中。

注意：享元模式是为数不多的、只为提升系统性能而生的设计模式。它的主要作用就是复用大对象（重量级对象），以节省内存空间和对象创建时间。

享元模式的一个典型应用是在SAAS系统中。SAAS即Software As A Service，是目前比较流行的一种软件应用模式。

以一个人事管理系统的SAAS软件为例，假设公司甲、乙、丙均为这个SAAS系统的用户，则定义每个公司为这套系统的一个租户。每个公司（租户）又各有100个员工。如果这些公司的所有员工都可以登录这套系统查看自己的收入情况，并且为了系统安全，每个公司（租户）都拥有自己独立的数据库。为了使系统的设计最为合理，在这种情况下，便可以使用享元模式为每个租户分别提供工资查询的接口，而一个公司（租户）下的所有员工可以共享一个查询（因为一个租户下所有的员工数据都存放在一个数据库中，它们共享数据库连接）。这样，系统只需要3个享元实例，就足以应付300个员工的查询请求了。系统的结构如图2.6所示。

 图2.6  享元模式的示例

图2.6中，ReportManagerFactory为享元工厂，负责创建具体的报表工具，它确保每个公司（租户）下所有的员工，都共享一个具体的享元实例（FinancialReportManager或者EmployeeReportManager）。这样，当公司甲的两个员工登录，进行财务查询时，系统不必为两个员工都新建FinancialReportManager，而可以让他们共享一个FinancialReportManager实例。

通过这个示例，还可以进一步了解享元工厂和对象池的一个重要区别。在一个对象池中，所有的对象都是等价的，任意两个对象在任何使用场景中都可以被对象池中的其他对象代替。而在享元模式中，享元工厂所维护的所有对象都是不同的，任何两个对象间不能相互代替。如本例中，为公司甲创建的FinancialReportManagerA和为公司乙创建的FinancialReportManagerB分别对应了后台各自不同的数据库，因此，两者是不可相互替代的。

注意：享元模式和对象池的最大不同在于：享元对象是不可相互替代的，它们各自都有各自的含义和用途；而对象池中的对象都是等价的，如数据库连接池中的数据库连接。

本例中享元对象接口的实现如下，它用于创建一个报表。即，所有的报表生成类将作为享元对象在一个公司（租户）中共享。

public interface IReportManager {  
    public String createReport();  
}  

以下是两个报表生成的实例，分别对应员工财务收入报表和员工个人信息报表。它们都是具体的享元类。

public class FinancialReportManager implements IReportManager {//财务报表  
    protected String tenantId=null;  
    public FinancialReportManager(String tenantId){          //租户ID  
        this.tenantId=tenantId;  
    }  
    @Override  
    public String createReport() {  
        return "This is a financial report";  
    }  
}  
 
public class EmployeeReportManager implements IReportManager { //员工报表  
    protected String tenantId=null;  
    public EmployeeReportManager(String tenantId){               //租户ID  
        this.tenantId=tenantId;  
    }  
    @Override  
    public String createReport() {  
        return "This is a employee report";  
    }  
}  

最为核心的享元工厂类实现如下，它也是享元模式的精髓所在。它确保同一个公司（租户）使用相同的对象产生报表。这是相当有意义的，否则系统可能会为每个员工生成各自的报表对象，导致系统开销激增。

public class ReportManagerFactory {  
      
    Map<String ,IReportManager> financialReportManager=  
new HashMap<String ,IReportManager>();  
    Map<String ,IReportManager> employeeReportManager=  
new HashMap<String ,IReportManager>();  
      
    IReportManager getFinancialReportManager(String tenantId){  
                                                            //通过租户ID  
                                                            //获取享元  
        IReportManager r=financialReportManager.get(tenantId);  
        if(r==null){  
            r=new FinancialReportManager(tenantId);  
            financialReportManager.put(tenantId, r);        //维护已创建的  
                                                            //享元对象  
        }  
        return r;  
    }  
      
    IReportManager getEmployeeReportReportManager(String tenantId){  
                                                            //通过租户ID  
                                                            //获取享元  
        IReportManager r=employeeReportManager.get(tenantId);  
        if(r==null){  
            r=new EmployeeReportManager(tenantId);  
            employeeReportManager.put(tenantId, r);         //维护已创建的  
                                                            //享元对象  
        }  
        return r;  
    }  
}  

使用享元模式的方法如下：

public static void main(String[] args) {  
    ReportManagerFactory rmf=new ReportManagerFactory();  
    IReportManager rm=rmf.getFinancialReportManager("A");  
    System.out.println(rm.createReport());  
}  

ReportManagerFactory作为享元工厂，以租客的ID为索引，维护了一个享元对象的集合，它确保相同租客的请求都返回同一个享元实例，确保享元对象的有效复用。