星空科学探索频道: 享元模式（学习笔记）

2021年7月29日星期四

享元模式（学习笔记）

　　1. 意图

　　运用共享技术有效的支持大量细粒度的对象

　　2. 动机

　　假设开发了一款简单的游戏：玩家们在地图上移动并进行相互射击。大量的子弹、导弹和爆炸弹片在整个地图上穿行，为玩家提供紧张刺激的游戏体验。但是，运行了几分钟后，游戏因为内存容量不足而发生了崩溃。研究发现，每个粒子（一颗子弹、一枚导弹或一块弹片）都由包含完整数据的独立对象来表示。当玩家在游戏中鏖战进入高潮后的某一时刻，游戏将无法在剩余内存中载入新建粒子，于是程序就崩溃了

　　仔细观察粒子Particle类，会注意到颜色（color）和精灵图（sprite）这两个成员变量所消耗的内存要比其他变量多得多。另外，对所有例子来说，这两个成员变量所存储的数据几乎完全一样（比如所有子弹的颜色和精灵图都一样）。每个粒子的另一些状态（坐标、移动矢量和速度）则是不同的，因为这些成员变量的数值会不断变化。内在状态存储于flyweight中,它包含了独立于场景的信息,这些信息使得flyweight可以被共享。而外部状态取决于flyweight场景,并根据场景而变化,因此不可共享。用户对象负责在必要的时候将外部状态传递给Flyweight

　　3. 适用性

程序需要生成巨大的相似对象，以至于消耗目标对象的所有内存
对象中包含可抽取且能在多个对象间共享的重复状态

　　4. 结构

　　5. 效果

　　使用FlyWeight模式时，传输、查找和/或计算外部状态都会产生运行时开销，尤其当flyweight原先被存储为内部状态时。然而，空间上的节省抵消了这些开销。共享的flyweight越多，空间节省越大

　　存储节约由以下因素决定：

　　1. 由于共享带来的实例总数减少的数量

　　2. 对象内部状态的平均数量

　　3. 外部状态是计算的还是存储的

　　共享的flyweight越多，存储节约的也就越多。节约量随着共享状态的增多而增大。当对象使用大量的内部及外部状态，并且外部状态是计算出来的而非存储的时候，节约量将达到最大

　　6. 代码实现　　

　　如果渲染一片森林（1,000,000 棵树）！每棵树都由包含一些状态的对象来表示（坐标和纹理等）。尽管程序能够完成其主要工作，但很显然它需要消耗大量内存。因为，太多树对象包含重复数据（名称、纹理和颜色）。因此我们可用享元模式来将这些数值存储在单独的享元对象中（TreeType类）。现在我们不再将相同数据存储在数千个 Tree对象中，而是使用一组特殊的数值来引用其中一个享元对象。客户端代码不会知道任何事情，因为重用享元对象的复杂机制隐藏在了享元工厂中

　　trees/Tree.java: 包含每棵树的独特状态

package flyweight.trees;import java.awt.*;/** * @author GaoMing * @date 2021/7/19 - 22:14 */public class Tree { private int x; private int y; private TreeType type; public Tree(int x, int y, TreeType type) {  this.x = x;  this.y = y;  this.type = type; } public void draw(Graphics g) {  type.draw(g, x, y); }}

　　trees/TreeType.java: 包含多棵树共享的状态

package flyweight.trees;import java.awt.*;/** * @author GaoMing * @date 2021/7/19 - 22:14 */public class TreeType { private String name; private Color color; private String otherTreeData; public TreeType(String name, Color color, String otherTreeData) {  this.name = name;  this.color = color;  this.otherTreeData = otherTreeData; } public void draw(Graphics g, int x, int y) {  g.setColor(Color.BLACK);  g.fillRect(x - 1, y, 3, 5);  g.setColor(color);  g.fillOval(x - 5, y - 10, 10, 10); }}

　　trees/TreeFactory.java: 封装创建享元的复杂机制

package flyweight.trees;import java.awt.*;import java.util.HashMap;import java.util.Map;/** * @author GaoMing * @date 2021/7/19 - 22:15 */public class TreeFactory { static Map<String, TreeType> treeTypes = new HashMap<>(); public static TreeType getTreeType(String name, Color color, String otherTreeData) {  TreeType result = treeTypes.get(name);  if (result == null) {   result = new TreeType(name, color, otherTreeData);   treeTypes.put(name, result);  }  return result; }}

　　forest/Forest.java: 我们绘制的森林

package flyweight.forest;import flyweight.trees.TreeFactory;import flyweight.trees.TreeType;import flyweight.trees.Tree;import javax.swing.*;import java.awt.*;import java.util.ArrayList;/** * @author GaoMing * @date 2021/7/19 - 22:16 */public class Forest extends JFrame { private List<Tree> trees = new ArrayList<>(); public void plantTree(int x, int y, String name, Color color, String otherTreeData) {  TreeType type = TreeFactory.getTreeType(name, color, otherTreeData);  Tree tree = new Tree(x, y, type);  trees.add(tree); } @Override public void paint(Graphics graphics) {  for (Tree tree : trees) {   tree.draw(graphics);  } }}

　　Demo.java: 客户端代码

package flyweight;import java.awt.*;import flyweight.forest.Forest;/** * @author GaoMing * @date 2021/7/19 - 22:17 */public class Demo { static int CANVAS_SIZE = 500; static int TREES_TO_DRAW = 1000000; static int TREE_TYPES = 2; public static void main(String[] args) {  Forest forest = new Forest();  for (int i = 0; i < Math.floor(TREES_TO_DRAW / TREE_TYPES); i++) {   forest.plantTree(random(0, CANVAS_SIZE), random(0, CANVAS_SIZE),     "Summer Oak", Color.GREEN, "Oak texture stub");   forest.plantTree(random(0, CANVAS_SIZE), random(0, CANVAS_SIZE),     "Autumn Oak", Color.ORANGE, "Autumn Oak texture stub......原文转载：http://www.shaoqun.com/a/892288.html
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