浅析轻量级设计模式

轻量级设计模式是通过共享对象来减少内存负载，它通过把对象属性分离成内部和外部两种来实现对资源的共享。

GoF（Gang of Four）说：“运用共享技术高效的支持大量细粒度对象 ”。轻量级模式的核心就是“共享 ”。

何时使用轻量级设计模式，可以参照下面几个因素：

• 需要创建大量对象。
• 考虑内存成本。
• 大多数对象属性可以对外共享。
• 应用程序不必授权给唯一的对象，因为同一对象被实例后需要被重复使用。
• 外在状态可以被计算而不是存储，这样更好（下面解释）。

现在，一台电脑内存平均都有5O0GB硬盘和4GB RAM，这是不是意味着我们不需要去考虑内存和成本了呢？由于成本下降让我们使用起来没有了限制，移动设备每天都在增加，而它们仍然存在内存约束。假设你 创建一个宇宙地图项目，你需要给每个星星创建对象，你想想，这个需要多少内存，GoF 在他们的书里给了一个例子。如果在每一个文件里面都需要为每个角色创建对象，想象一下文件将会多大，还何谈性能？

如何应用轻量级

在使用轻量级之前，应该先解析大对象类型，核心思路是通过重用 减少对象的创建。创建一小群能够通过分享重用的对象。细致分析每个对象属性，它们可以被分离成内在和外在两种。通过上下文来进行共享。让我们来看一个例子。

假设在一个文本编辑器中只能输入A到Z这26个字母，如果我们要使用这个编辑创建100页文档，我可能会有200000（2000*100）个字符 （假设2000字节/页）。如果没有轻量级，我们将会创建200000个对象去进行细粒度控制。每个字符也会有它们自己的属性，比如颜色、字体、尺寸等 等，这里我们该如何应用轻量级呢？

内部和外部状态

创建26个对象（从A到Z）映射每个单独的字符。这些26个字符将会有它们字节的内部状态特征，比如说对象‘a’将会有“a”字符的特征。那颜色、 字体、大小这些该怎么处理呢？这些外在状态将通过客户端代码创建。存储26个对象，通过客户端代码获得所需的字符/对象特征，并且通过外在状态进行上下联 系。关于上下文意味着，字符‘a’在第一行可能是红色而在其他行可能是蓝色。

实现轻量级

对象的内部状态被称为轻量级对象。当实现轻量级时，我们将会创建一些具体的对象并且会存储一些内在特征。我们将会有一个工厂去创建这些具体对象，而这个工厂就称作轻量级工厂 。这个工厂的作用是保证这些对象可以进行共享并且不会被重复创建。

让我们来看一个例子吧。我们要画多种不同的几何图形，比如矩形、椭圆形，每个图形可能会使用不同的颜色，尺寸，填充类型，字体。为了方便实现，我们将图形限制成矩形和椭圆形两种，每个图形都会有一个标签与它们的形状相映射。矩形标签为“R”，椭圆形标签为“O”。

使用内部状态作为唯一的标签。因此我们将会有两个轻量级对象。颜色、尺寸、填充类型、字体这些作为外部状态。我们将会使用一个轻量级工厂来维护这两个对象，并且会把它们相应地的分发到客户端。这里有一个接口用来实现轻量级并且会有相同的设计图。

为了使用方便，客户端代码将使用random产生器来创建外在属性。我们将会动态计算和使用这些不被存储的外在属性。

轻量级模式的UML图

轻量级模式的Java实现

package
 com.javapapers.designpattern.flyweight;

import
 java.awt.Color;
import
 java.awt.Graphics;

public
 
interface
 MyShape {
  
public
 
void
 draw(Graphics g, 
int
 x, 
int
 y, 
int
 width, 
int
 height,
      Color color, 
boolean
 fill, String font);
}

package
 com.javapapers.designpattern.flyweight;
import
 java.awt.Color;
import
 java.awt.Font;
import
 java.awt.Graphics;
public
 
class
 MyOval 
implements
 MyShape {

  
private
 String label;

  
public
 MyOval(String label) {
    
this
.label = label;

  }
public
 
void
 draw(Graphics oval, 
int
 x, 
int
 y, 
int
 width, 
int
 height,
      Color color, 
boolean
 fill, String font) {
    oval.setColor(color);
    oval.drawOval(x, y, width, height);
    oval.setFont(
new
 Font(font, 
12
, 
12
));
    oval.drawString(label, x + (width / 
2
), y);
    
if
 (fill)
      oval.fillOval(x, y, width, height);
  }
}

package
 com.javapapers.designpattern.flyweight;

import
 java.awt.Color;
import
 java.awt.Font;
import
 java.awt.Graphics;

public
 
class
 MyRectangle 
implements
 MyShape {

  
private
 String label;

  
public
 MyRectangle(String label) {
    
this
.label = label;

  }

  
public
 
void
 draw(Graphics rectangle, 
int
 x, 
int
 y, 
int
 width, 
int
 height,
      Color color, 
boolean
 fill, String font) {
    rectangle.setColor(color);
    rectangle.drawRect(x, y, width, height);
    rectangle.setFont(
new
 Font(font, 
12
, 
12
));
    rectangle.drawString(label, x + (width / 
2
), y);
    
if
 (fill)
      rectangle.fillRect(x, y, width, height);
  }
}

package
 com.javapapers.designpattern.flyweight;

import
 java.util.HashMap;

public
 
class
 ShapeFactory {

  
private
 
static
 
final
 HashMap shapes = 
new
 HashMap();

  
public
 
static
 MyShape getShape(String label) {
    MyShape concreteShape = (MyShape) shapes.get(label);

    
if
 (concreteShape == 
null
) {
      
if
 (label.equals(
"R"
)) {
        concreteShape = 
new
 MyRectangle(label);
      } 
else
 
if
 (label.equals(
"O"
)) {
        concreteShape = 
new
 MyOval(label);
      }
      shapes.put(label, concreteShape);
    }
    
return
 concreteShape;
  }
}

package
 com.javapapers.designpattern.flyweight;

import
 java.awt.BorderLayout;
import
 java.awt.Color;
import
 java.awt.Container;
import
 java.awt.Graphics;
import
 java.awt.event.ActionEvent;
import
 java.awt.event.ActionListener;

import
 javax.swing.JButton;
import
 javax.swing.JFrame;
import
 javax.swing.JPanel;

public
 
class
 Client 
extends
 JFrame {

  
private
 
static
 
final
 
int
 WIDTH = 
400
;
  
private
 
static
 
final
 
int
 HEIGHT = 
400
;

  
private
 
static
 
final
 String shapes[] = { 
"R"
, 
"O"
 };
  
private
 
static
 
final
 Color colors[] = { Color.red, Color.green, Color.blue };
  
private
 
static
 
final
 
boolean
 fill[] = { 
true
, 
false
 };
  
private
 
static
 
final
 String font[] = { 
"Arial"
, 
"Courier"
 };

  
public
 Client() {
    Container contentPane = getContentPane();

    JButton startButton = 
new
 JButton(
"Draw Shapes"
);
    
final
 JPanel panel = 
new
 JPanel();

    contentPane.add(panel, BorderLayout.CENTER);
    contentPane.add(startButton, BorderLayout.SOUTH);
    setSize(WIDTH, WIDTH);
    setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
    setVisible(
true
);

    startButton.addActionListener(
new
 ActionListener() {
      
public
 
void
 actionPerformed(ActionEvent event) {
        Graphics g = panel.getGraphics();
        
for
 (
int
 i = 
0
; i < 
100
; ++i) {
          MyShape shape = ShapeFactory.getShape(getRandomShape());
          shape.draw(g, getRandomX(), getRandomY(), getRandomWidth(),
              getRandomHeight(), getRandomColor(),
              getRandomFill(), getRandomFont());
        }
      }
    });
  }

  
private
 String getRandomShape() {
    
return
 shapes[(
int
) (Math.random() * shapes.length)];
  }

  
private
 
int
 getRandomX() {
    
return
 (
int
) (Math.random() * WIDTH);
  }

  
private
 
int
 getRandomY() {
    
return
 (
int
) (Math.random() * HEIGHT);
  }

  
private
 
int
 getRandomWidth() {
    
return
 (
int
) (Math.random() * (WIDTH / 
7
));
  }

  
private
 
int
 getRandomHeight() {
    
return
 (
int
) (Math.random() * (HEIGHT / 
7
));
  }

  
private
 Color getRandomColor() {
    
return
 colors[(
int
) (Math.random() * colors.length)];
  }

  
private
 
boolean
 getRandomFill() {
    
return
 fill[(
int
) (Math.random() * fill.length)];
  }

  
private
 String getRandomFont() {
    
return
 font[(
int
) (Math.random() * font.length)];
  }

  
public
 
static
 
void
 main(String[] args) {
    Client client = 
new
 Client();
  }
}