设计模式 -- 享元模式的思考

享元意思为共享的单元,享元模式的目地是针对不可变对象可以复用,以达到节省内存的目地。在一些特殊的业务场景上能发挥出巨大的威力,本文将分析享元模式以及举出一些应用案例。

享元模式

享元模式很好理解,即针对不可变对象复用

对象不可变指的是对象构建成功后,不能通过访问方法改变对象属性,因为享元模式下,对象会被多处使用,如果可变则造成不一致现象,这一点很好理解。另外怎么复用呢?常见的手段是使用一个Map存下来已经产生的对象,当新建对象时,如果Map中已经存在需要的对象,则直接返回已存在对象地址,达到复用目地。

享元模式本身很简单,个人认为需要掌握的是这种对象复用思想,在实现对应业务时,能敏感的发现可复用场景,下面从几个案例中来感受下其威力。

JDK中享元模式应用

熟悉Java的同学,或多或少都遇到过下面问题,按理来说,Integer属于对象,每一次创建都会开辟新的内存,所以即使相同的大小,其内存地址不一致,会被==判定为两个对象,但实际情况中[-128,127]之间的数字,JDK使用了享元模式,复用了这部分的对象,JDK实现者认为[-128,127]之间的数字一般为编程中高频数字,如果每次都new产生新对象,比较浪费内存,如果是复用情况下,即使多次声明,内存中只会有一份对象存在,能够节省大量无谓的内存消耗。

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Integer var1 = 1;
Integer var2 = 1;
Integer var3 = 128;
Integer var4 = 128;

System.out.println(var1 == var2); // true
System.out.println(var3 == var4); // false

字符串常量池与享元模式

JDK中提供了字符串常量池,也就是字符串缓存,在Java中动态创建的字符串可以使用intern()方法让其进入常量池,关于更多常量池分析可以参考我另一篇文章Java – 字符串常量池介绍。那么常量池机制本身就是享元模式思想,针对重复字符串对象达到复用目地,从而节省内存消耗。

Twitter曾分享过利用字符串常量池享元方式优化内存案例,该案例中Twitter用户登录后需要在session中保存用户地理位置信息,有国家,省份,城市等,当网站日活上去后,session中的地理位置字符串信息将占据大量内存。简单分析下,地理位置信息为字符串格式,具备不可变属性,且在该业务中重复度很高,因此可以利用字符串常量池复用相应的字符串,这本质上也是享元模式的一种运用。

数据库表结构设计与享元模式

享元模式虽然为应用代码设计的产物,但在数据库表结构设计上也经常有类似思想运用。比如要设计一款RSS阅读器,用户可以自定义订阅列表,那么怎么做?

做法一
做法一是记录每一个用户的地址,然后后台定时任务为每一个用户更新对应的RSS信息,订阅表如下树形结构所示。这样做有什么坏处?考虑到2-8原则,即80%用户都会订阅常见的一些RSS,那么这张表中RSS地址重复度就很高,针对每一个用户更新对应RSS信息则相当于做了很多重复的订阅拉取动作。

  • 用户订阅表
    • 用户id
    • RSS地址

做法二:使用享元思想
做法二是针对RSS地址,单独维护一张表,用户订阅时只需要关联到RSS id,RSS订阅则不需要考虑用户维度,定时去更新RSS源地址中所有地址,两者完全解耦开来。此时RSS源地址表相当于享元思想中被共享的单元,之所以可以这样设计,因为无论用户订阅怎么变化,RSS地址不会变化,因此具备不可变性,且用户订阅中RSS地址重复度很高,具备高重复度这一特点。

  • 用户订阅表
    • 用户id
    • RSS id
  • RSS源地址表
    • RSS id
    • RSS 地址

总结

享元模式很简单,很好理解,关键时刻能发挥出巨大作用,但什么时候使用享元模式或者说需要考虑享元模式呢?根据上面案例,我觉得可以总结为以下两点

  • 对象能做到不可变
  • 对应业务中,对象重复度很高

这两点情况下,大多数情况都能够使用享元模式进行优化。

参考

极客时间 – 设计模式之美专栏

Java -- 抽象类与接口的思考
JTool -- 自定义个人导航