【设计模式系列】享元模式（十五）

目录

一、什么是享元模式

二、享元模式的角色

三、享元模式的典型应用场景

四、享元模式在ThreadPoolExecutor中的应用

1. 享元对象（Flyweight）- 工作线程（Worker）

2. 享元工厂（Flyweight Factory）- ThreadPoolExecutor

3. 外部状态（Extrinsic State）- 任务（Runnable）

4. 上下文（Context）- 任务执行的环境

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一、什么是享元模式

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，其核心思想是使用共享的方式来高效地管理大量细粒度的对象。享元模式的主要目的是减少内存消耗，通过共享对象来减少创建对象的数量。这种模式特别适用于系统中存在大量相似或相同的对象时，通过共享这些对象可以减少内存占用和提高性能。

二、享元模式的角色

1. 享元对象（Flyweight）：享元对象是享元模式的核心，它代表了可以被共享的最小单位。享元对象包含内部状态（intrinsic state），这些状态是不变的，并且通常在享元对象创建时就确定下来。享元对象不存储外部状态（extrinsic state），外部状态通常由客户端在需要时提供。

2. 享元工厂（Flyweight Factory）：享元工厂负责创建和管理享元对象。它确保享元对象被适当地共享，并且当需要享元对象时，工厂会提供一个现有的实例或创建一个新的实例。享元工厂还负责管理享元对象的生命周期，包括对象的创建、存储和销毁。

3. 上下文（Context）（可选）：上下文角色不是享元模式的标准部分，但在某些实现中可能会出现。上下文角色负责将享元对象与外部状态结合起来，以便在享元对象执行操作时提供完整的环境。这有助于隐藏享元对象和外部状态之间的耦合，使得享元对象可以专注于其内部状态和行为。

三、享元模式的典型应用场景

1. 线程池：线程池中的线程对象可以被视为享元对象，被多个任务共享使用，从而避免了频繁创建和销毁线程的开销。

2. 数据库连接池：数据库连接是一种资源，通过使用享元模式，可以共享已经创建的数据库连接对象，避免频繁创建和销毁数据库连接，提高数据库访问效率。

3. 对象池：对象池是一种特殊的缓存系统，用于管理对象的生命周期。通过使用对象池技术，可以预先创建一定数量的对象，并在需要时将它们分配出去，使用完毕后再将它们回收回来重新利用。这样可以避免频繁地创建和销毁对象，从而提高系统性能。

4. 字符串池：Java中的字符串常量池就是使用享元模式的典型示例。当多个字符串具有相同的值时，它们可以共享同一个字符串对象，从而节省了内存空间。

四、享元模式在ThreadPoolExecutor中的应用

1. 享元对象（Flyweight）- 工作线程（Worker）

在ThreadPoolExecutor中，享元对象是工作线程。每个工作线程可以执行多个任务，任务完成后，线程不会销毁，而是返回线程池中等待执行下一个任务。

final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable {// 省略其他代码...
}

Worker类是ThreadPoolExecutor中的核心，它继承自AbstractQueuedSynchronizer并实现了Runnable接口。每个Worker对象代表一个线程，可以反复执行多个任务。

2. 享元工厂（Flyweight Factory）- ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor本身充当享元工厂的角色，负责创建和维护工作线程（享元对象）。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue) {// 省略其他代码...
}

构造函数初始化线程池的基本属性，如核心线程数、最大线程数、工作队列等。

3. 外部状态（Extrinsic State）- 任务（Runnable）

在ThreadPoolExecutor中，外部状态是提交给线程池执行的任务。每个任务都是独立的，工作线程（享元对象）执行这些任务时会使用它们。

executor.execute(new Runnable() {public void run() {// 任务代码}
});

4. 上下文（Context）- 任务执行的环境

在ThreadPoolExecutor的上下文中，上下文可以被视为Worker对象本身。Worker对象不仅包含了线程（Thread），还包含了要执行的任务（firstTask）。当Worker对象执行任务时，它实际上就是在提供执行环境，即上下文。Worker对象从任务队列中获取任务并执行，这个过程中Worker对象就是享元对象与外部状态（任务）之间的桥梁。