設計模式之享元模式-有解無憂

本文通過優化買票的重復流程來說明享元模式，為了加深對該模式的理解，會以String和基本資料型別的包裝類對該模式的設計進一步說明，

讀者可以拉取完整代碼到本地進行學習，實作代碼均測驗通過后上傳到碼云，

一、引出問題

鑒于小王之前的優質表現，老王決定帶小王出去旅游一下，但在火車站買票時卻陷于了長長的隊伍，

老王注意到，每次售票員賣票時都重新走一遍賣票的所有流程，很明顯，如果始發地和目的地如果一樣的成人票和兒童票是可以復用流程的，如果復用的話就可以大大提高賣票效率，

二、概念和使用

上面所說的復用流程實際上就是享元模式的設計思想，它是構造型設計模式之一，它通過共享資料使得相同物件在記憶體中僅創建一個實體，以降低系統創建物件實體的性能消耗，

享元模式包含三個角色：

（1）抽象享元Flyweight類：享元物件抽象基類或介面，

（2）具體享元ConcreteFlyweight類：實作抽象享元類，

（3）享元工ctory類：廠FlyweightFa享元模式的核心模塊，負責管理享元物件池、創建享元物件，保證享元物件可以被系統適當地共享，

當一個客戶端物件呼叫一個享元物件的時候，享元工廠角色會檢查系統中是否已經有一個符合要求的享元物件，如果已有，享元工廠角色就提供這個已有的享元物件；如果沒有就創建一個，

老投訓于享元模式開發了一套賣票系統，如果起點和終點一樣，成人票和兒童票就可以復用一套流程，

抽象享元類：

/**
 * 抽象享元類
 */
public interface Ticket {
    //顯示票價，引數為列車型別
    public void showPrice(String type);

}

具體享元實作類：

/**
 * 享元實作類
 * @author tcy
 * @Date 11-08-2022
 */
public class ConcreteTicket implements Ticket{

    String from;
    String to;
    public ConcreteTicket(String from,String to){
        this.from = from;
        this.to = to;
    }

    @Override
    public void showPrice(String type) {
        if(type.equals("adult")){
            System.out.println("從"+from+"到"+to+"的成人票價為200元");
        }else{
            System.out.println("從"+from+"到"+to+"的兒童票價為100元");
        }

    }
}

享元工廠類：

/**
 * 享元工廠
 * @author tcy
 * @Date 11-08-2022
 */
public class TicketFactory {

    static Map<String,Ticket> map= new ConcurrentHashMap< String,Ticket >();

    public static Ticket getTicket(String from,String to){
        String key = from+to;
        if(map.containsKey(key)){
            System.out.println("使用快取"+key);
            return map.get(key);
        }else{
            System.out.println("創建物件"+key);
            Ticket ticket = new ConcreteTicket(from,to);
            map.put(key, ticket);
            return ticket;
        }
    }

}

客戶端呼叫：

/**
 * @author tcy
 * @Date 11-08-2022
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //使用時
        TicketFactory.getTicket("南京","杭州").showPrice("adult");
        TicketFactory.getTicket("南京","杭州").showPrice("children");
    }
}

上面例子是享元模式實作的典型案例，核心其實就是享元工廠類，享元工廠類設定一個快取池，根據條件判斷是否屬于一個物件，如果是一個物件就不再重新創建，直接使用快取池中的，

三、運用

1、jdk中的String就是典型的采用的享元模式的思想，

Java中將String類定義為final（不可改變的），JVM中字串一般保存在字串常量池中，java會確保一個字串在常量池中只有一個拷貝，這個字串常量池在JDK6.0以前是位于常量池中，位于永久代，而在JDK7.0中，JVM將其從永久代拿出來放置于堆中，

創建一個字串有兩種方式，一種是直接String="hello"，另外一種是String s =new String("hello")，第一種是直接在字串常量池宣告一個變數，第二種方式除了是一個堆中的普通物件以外，還會在字串常量池保存一份，

我們經常使用的一些基本資料型別的包裝類實際上也使用了享元模式，我們以Integer 舉例，其他包裝類類似，

當我們宣告一個變數時，使用Integer i1 = 88，編譯器是不會報錯的，在這Java上面的一個概念就叫自動裝箱，編譯器會自動使用valueOf()方法創建一個Integer物件并把值賦給該物件，

查看valueOf()方法，如下：

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

Integer 使用享元模式的核心就在于IntegerCache，它是Integer 的一個內部類，

這里的 IntegerCache 相當于享元設計模式中的享元物件工廠類，既然是享元物件工廠類就一定會有判定一個物件是否一樣的條件，

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 =
            https://www.cnblogs.com/tianClassmate/archive/2022/08/16/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() {}
}

通過原始碼我們可以看到，IntegerCache 的判定一個物件是否是同一個的判斷標準就是，一個位元組的大小（-128 到 127 之間的資料）都作為一個物件，

既然說到了自動裝箱，那相對應的也一定會有自動拆箱，

當把包裝器型別的變數i1，賦值給基本資料型別變數 j 的時候，觸發自動拆箱操作，將 i1中的資料取出，賦值給 j，這就是自動拆箱的程序，

其他包裝器型別，比如 Long、Short、Byte 等，也都利用了享元模式來快取 -128 到 127 之間的資料，比如，Long 型別對應的 LongCache 享元工廠類，

四、總結

享元模式與我們常說的快取的概念很相似，總體來說還是一個很簡單的設計模式，在我們實際使用中為了提高物件利用率，可以有意識的使用這種模式，

到這里，設計模式的第二個大家族-結構形設計模式就介紹完了，萬丈高樓平地起，若想靈活的使用設計模式，大量的思考和運用是必不可少的，

推薦讀者，參考軟體設計七大原則認真閱讀往期的文章，認真體會，

創建型設計模式：

一、設計模式之工廠方法和抽象工廠

二、設計模式之單例和原型

三、設計模式之建造者模式

結構型設計模式：

四、設計模式之代理模式

五、設計模式之配接器模式

六、橋接模式

七、組合模式

八、設計模式之外觀模式

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