秒懂设计模式--学习笔记(11)【结构型-享元模式】

news2024/12/24 21:34:41

目录

      • 10、享元模式
        • 10.1 享元模式
        • 10.2 举例
          • 10.2.1 马赛克
          • 10.2.2 游戏地图(以草原地图作为范例)
        • 10.3 总结

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
    享元模式测试类结构
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
    • 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
    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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