Java 設計模式 -- 享元模式
在介紹享元模式之前,先來看一個問題。假設要你去做一款撲克牌遊戲,你會針對撲克牌設計一種怎樣的資料結構呢?
因為撲克牌有四種花色,也即紅桃(Heart),黑桃(Spade),方塊(Diamond ),梅花(Club),有 13 種不同的大小,也即 A - K , 還有大小王,所以這個類應該很好設計,程式碼如下所示
public final class Global { public static final int HEART = 0; public static final int SPADE = 1; public static final int DIAMOND = 2; public static final int CLUB = 3; } public class Card { private int mCardColor; private int mCardFigure; public Card() { } public Card(int cardColor, int cardFigure) { this.mCardColor = cardColor; this.mCardFigure = cardFigure; } public int getCardColor() { return mCardColor; } public void setCardColor(int cardColor) { mCardColor = cardColor; } public int getFigure() { return mCardFigure; } public void setFigure(int cardFigure) { mCardFigure = cardFigure; } }
這樣的話,撲克牌遊戲一開始,就將該類例項化 54 次,因為撲克牌共有54張。看似問題解決了,但是仔細想想,這麼做是不是太浪費空間了?因為每張撲克牌除了花色和大小不一樣,其他的不都一樣嗎?為什麼要浪費記憶體儲存 54個物件呢?但是,如果不這麼做,我們又能怎麼做呢?
實際上,解決上述問題是享元模式最拿手的,換種說法,享元模式也正是因為這種問題誕生的。享元模式提供的解決問題的思想就是共享,通過利用共享物件替換再次申請物件。
回到剛才撲克牌的問題,如果利用享元模式該怎麼設計呢?既然每張撲克牌除了顏色和大小之外完全相同,那麼我們就將這兩種屬性抽象出來考慮,我們可以將 Card 類設定成抽象類,四種不同的花色繼承 Card,如下所示
public abstract class Card { abstract void display(String cardFigure); } public class ClubCard extends Card { public ClubCard() { super(); } @Override void display(String cardFigure) { System.out.println("Club : " + cardFigure); } } public class DiamondCard extends Card { public DiamondCard() { super(); } @Override void display(String cardFigure) { System.out.println("Diamond : " + cardFigure); } } public class HeartCard extends Card { public HeartCard() { super(); } @Override void display(String cardFigure) { System.out.println("Heart : " + cardFigure); } } public class SpadeCard extends Card { public SpadeCard() { super(); } @Override void display(String cardFigure) { System.out.println("Spade : " + cardFigure); } }
如上所示,這樣我們就已經將顏色這一個屬性從 Card 中抽象出來,這麼做的好處是什麼?好處就是對於每種顏色的撲克牌可以共用一個類,只需要改變 傳進 display() 函式中的引數就可以表示撲克牌中的所有值。在享元模式中,這種情況還分別有名字,儲存在享元池中的物件是內部狀態,內部狀態是不可改變的,也即具有不變性和通用性。而對於我們從享元池中取出的物件,我們是可以改變的,這時候的狀態又被稱為外部狀態。
下面來看看享元模式下是如何建立物件的
public class CardContainer {
private static CardContainer container = new CardContainer();
public HashMap<Integer, Card> mMap = new HashMap<>();
public Card getCard(int cardColor) {
if (mMap.containsKey(cardColor)) {
return (Card) mMap.get(cardColor);
} else {
Card card = CardFactory.newCard(cardColor);
mMap.put(cardColor, card);
return card;
}
}
public static CardContainer newInstance() {
return container;
}
}
如上所示,首先 為了確保 CardContainer 只有一個例項,固用利用單例模式來對其進行設計,為了方便對各個花色的撲克牌進行建立,還利用簡單工廠模式設計了一個 CardFactory 類,如下所示
public class CardFactory {
public static Card newCard(int cardColor){
if(Global.CLUB == cardColor) return new ClubCard();
else if(Global.HEART == cardColor) return new HeartCard();
else if(Global.DIAMOND == cardColor) return new DiamondCard();
else if(Global.SPADE == cardColor) return new SpadeCard();
return null;
}
}
下面來對CardContainer 進行測試
public class Client {
public static void main(String[] args) {
CardContainer container = CardContainer.newInstance();
Card heartCardA = container.getCard(Global.HEART);
Card diamonCardA = container.getCard(Global.DIAMOND);
Card spadeCardA = container.getCard(Global.SPADE);
Card clubCardA = container.getCard(Global.CLUB);
heartCardA.display("A");
diamonCardA.display("A");
spadeCardA.display("A");
clubCardA.display("A");
}
}
輸出結果如下所示
Heart : A
Diamond : A
Spade : A
Club : A
當然,我們的目的不僅僅是這樣,而是為了相同的花色共用一個物件,這個效果有沒有達到呢,再新增幾行程式碼如下所示
Card heartCardJ = container.getCard(Global.HEART);
heartCardJ.display("J");
System.out.println(heartCardA == heartCardA);
結果正如期望的那樣,輸出了
Heart : J
true
這也就意味著,如果將大小王分別歸類為紅桃黑桃,我們只需要 4 個物件就可以表示 54 張撲克牌,對比與之前的 54 個物件,可謂天壤之別。更何況,這還只是針對撲克牌的情況,如果是下圍棋呢?利用享元模式我們只需要 2 個物件,一個是代表黑棋的物件,一個是代表白棋的物件。而如果我們沒用利用這種模式呢?簡直不敢想象。
我所理解的享元模式全都展現在這個例子當中,如果有不恰當之處,往看到該文章的人多多指教,大家互相學習。