怎麼使用Java享元設計模式優化物件創建提高效能和效率

介紹

Java中的享元模式(Flyweight Pattern)是一種結構型設計模式,旨在透過共享盡可能多的物件來減少記憶體佔用和提高效能.

Java享元模式通常包含以下4種角色

• 享元工廠(Flyweight Factory):負責建立和管理享元物件.

• 具體享元(Concrete Flyweight):實作享元介面並儲存與共享狀態相關的內部狀態.

• 抽象享元(Flyweight):定義享元物件需要實現的接口或抽象類別.

• 非共享狀態(Unshared State):儲存享元物件的非共享狀態.

注意:抽象享元和非共享狀態角色是可選的,可以省略它們將其功能合併到其他角色中

當客戶端請求創建或訪問一個享元對象時,享元工廠會檢查是否已經創建了該對象.如果已經創建,則返回現有對象的引用;如果尚未創建,則創建新的對象並返回其引用.這樣客戶端可以共享現有對象,而不必創建新的對象,從而減少內存佔用和提高性能.

實現

以電商中的商品資訊為例,在電商中,每個商品都有一個名稱,價格,庫存等屬性.通常情況下,每個商品都需要單獨創建一個物件,這樣會導致記憶體佔用增加,而且如果多次購買相同的商品,系統會創建多個相同的物件,浪費資源.

#抽象享元

public interface Product {
    String getName();
    double getPrice();
    int getStock();
}

具體享元

public class ConcreteProduct implements Product{
    private String name;
    private double price;
    private int stock;
    public ConcreteProduct(String name, double price, int stock) {
        this.name = name;
        this.price = price;
        this.stock = stock;
    }
    @Override
    public String getName() {
        return name;
    }
    @Override
    public double getPrice() {
        return price;
    }
    @Override
    public int getStock() {
        return stock;
    }
}

享元工廠

public class ProductFactory {
    private static Map<String, Product> productMap = new HashMap<>();
    public static Product getProduct(String name, double price, int stock) {
        String key = name + "_" + price;
        Product res = productMap.get(key);
        if (Objects.isNull(res)) {
            // 如果缓存池内不存在,就创建新对象放置到缓存池
            res = new ConcreteProduct(name, price, stock);
            productMap.put(key, res);
        }
        return res;
    }
}

測試

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Product p1 = ProductFactory.getProduct("iPhone 14 Plus", 8899, 1);
        Product p2 = ProductFactory.getProduct("iPhone 14 Plus", 8899, 1);
        System.out.println(p1 == p2);
    }
}

在上面範例程式碼中,首先建立一個商品接口Product,其中包含了商品的名稱,價格,庫存等屬性.然後創建具體的商品類ConcreteProduct,實現Product接口,並定義共享的內部狀態name,price,和stock.接下來我們創建商品工廠ProductFactory,用於創建和管理共享的商品對象,在這個工廠中,我們使用HashMap來儲存共享的商品對象,每當客戶端需要購買一個商品時,我們先檢查是否已經創建了該商品對象,如果已經創建,則返回現有物件的參考,如果未建立,則建立新的物件儲存到HashMap並回傳其參考.

總結

##優點

##減少物件的建立,節省記憶體空間,提高系統效能.
透過共享物件,可以使得系統中的相同物件在記憶體中只存在一份,從而減少記憶體的開銷.
提高系統的可擴展性,如果需要增加新的物件,只需要在工廠中創建即可,不需要修改原有程式碼.
提高系統的安全性,共享物件是唯讀的,不會被修改.
#缺點

可能會讓系統變得過於複雜,增加了程式碼的複雜性.
#需要額外的工作來維護共享物件的一致性,比如需要考慮線程安全性等問題.
#可能會因為共享物件的存在而降低程式的彈性,例如無法對共享物件進行個人化設定.
應用程式場景

#當系統中存在大量相同或相似的物件時,可以考慮使用享元模式來減少記憶體開銷.
當需要快取物件並且可以重複使用時,也可以考慮使用享元模式.
在多執行緒環境下,可以使用享元模式來實現物件的共享,提高程式的並發效能.
在遊戲開發中,可以使用享元模式來管理遊戲中的角色等物件.

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