当前位置：首页 > article >正文

19 设计模式之享元模式（电影院座位预定案例）

article 2025/1/22 19:01:30

一、享元模式的定义

享元模式是一种结构型设计模式，它通过共享对象来支持大量细粒度的对象，减少内存消耗。享元模式的核心思想是：将对象分为共享部分和非共享部分，只有共享部分是被多个对象共享的，而非共享部分则是每个对象独有的。这样，我们可以大大减少内存中的重复对象。

在开发大型应用时，尤其是在对象数量非常庞大的情况下，内存使用和性能优化变得尤为重要。例如，在电影院座位管理、图形绘制、文字显示等应用中，我们可能会遇到大量重复的对象实例。如果每次都创建独立的对象，就会占用大量内存，从而影响系统的性能。享元模式（Flyweight Pattern）提供了一种有效的解决方案，能够减少对象的创建，优化内存使用。

二、享元模式的角色

抽象享元（Flyweight）：定义享元对象的接口，包含共享的部分。
具体享元（ConcreteFlyweight）：实现抽象享元接口，具体的享元对象共享相同的数据。
非享元（UnsharedConcreteFlyweight）：不需要共享的部分，通常是具体享元对象中的一部分。
享元工厂（FlyweightFactory）：负责创建和管理享元对象，确保共享对象的复用。

三、例子讲解：电影院座位预定

假设我们在开发一个电影院座位预定系统，影院的座位可以通过一个编号来唯一标识。例如，座位编号为“A1”、“A2”、“B1”等。当用户选择某个座位进行预定时，我们需要管理这些座位的状态：是否被预定。

如果我们为每个座位都创建一个独立的对象，那么当座位很多时，会消耗大量的内存。为了优化内存使用，我们可以采用享元模式，将座位的编号和预定状态作为享元对象，避免重复创建相同编号的座位对象。

1. `Seat` 接口

首先定义一个座位接口，包含两个方法：reserve()用于预定座位，isReserved()用于检查座位是否已预定。

public interface Seat {
    void reserve();  // 预订座位的方法
    boolean isReserved();  // 检查座位是否已预订
}

2. `ConcreteSeat` 类（具体享元）

ConcreteSeat是座位的具体实现，它包含座位编号（seatNumber）和是否预定的状态（reserved）。这部分数据是共享的，可以被多个对象复用。

public class ConcreteSeat implements Seat {
    private String seatNumber;  // 座位编号
    private boolean reserved;   // 座位是否已预定

    public ConcreteSeat(String seatNumber) {
        this.seatNumber = seatNumber;
        this.reserved = false;  // 默认座位未预定
    }

    @Override
    public void reserve() {
        this.reserved = true;
    }

    @Override
    public boolean isReserved() {
        return reserved;
    }

    public String getSeatNumber() {
        return seatNumber;
    }
}

3. `SeatFactory` 类（享元工厂）

SeatFactory 是享元工厂，它负责创建并管理享元对象。它维护了一个seatMap，用于缓存已经创建的座位。当请求某个座位时，如果该座位已存在，则直接复用；如果不存在，则创建新的座位对象。

public class SeatFactory {
    private static Map<String, Seat> seatMap = new HashMap<>();

    public static Seat getSeat(String seatNumber) {
        // 如果座位已经存在，则复用
        if (!seatMap.containsKey(seatNumber)) {
            seatMap.put(seatNumber, new ConcreteSeat(seatNumber));  // 创建新座位
        }
        return seatMap.get(seatNumber);  // 返回已有座位
    }
}

4. `CinemaHall` 类（非享元）

CinemaHall 是一个非享元类，它代表电影院。电影院拥有多个座位，座位的创建通过享元工厂来完成。每个电影院座位对象（Seat）都是享元对象的复用，而非享元部分是每个座位的预定状态（reserved）和座位管理（addSeats()、reserveSeat()）。

public class CinemaHall {
    private String hallName;  // 影厅名称
    private Map<String, Seat> seats = new HashMap<>();  // 储存该影厅的所有座位

    public CinemaHall(String hallName) {
        this.hallName = hallName;
    }

    // 使用享元工厂获取或创建座位
    public void addSeats(String seatNumber) {
        Seat seat = SeatFactory.getSeat(seatNumber);
        seats.put(seatNumber, seat);
    }

    // 预定座位
    public void reserveSeat(String seatNumber) {
        Seat seat = seats.get(seatNumber);
        if (seat != null && !seat.isReserved()) {
            seat.reserve();
            System.out.println("座位 " + seatNumber + " 已被预定");
        } else {
            System.out.println("座位 " + seatNumber + " 已被预定或不存在");
        }
    }

    // 显示座位状态
    public void showSeats() {
        for (String seatNumber : seats.keySet()) {
            System.out.println("座位：" + seatNumber + " 被预定：" + seats.get(seatNumber).isReserved());
        }
    }
}

5. 测试类（`TestFlyweight`）

我们可以通过测试类来验证享元模式的有效性。测试代码通过SeatFactory来创建和管理座位，确保相同编号的座位不会被重复创建，从而减少内存消耗。

public class TestFlyweight {
    public static void main(String[] args) {
        CinemaHall cinemaHall = new CinemaHall("影厅一");

        // 添加座位
        cinemaHall.addSeats("A1");
        cinemaHall.addSeats("A2");
        cinemaHall.addSeats("B1");
        cinemaHall.addSeats("B2");

        // 预定座位
        cinemaHall.reserveSeat("A1");
        cinemaHall.reserveSeat("B1");

        // 显示座位状态
        cinemaHall.showSeats();
    }
}

四、享元模式的优势

减少内存消耗：享元模式通过共享相同的数据来减少对象的创建，节省内存空间。
提高性能：减少不必要的对象创建，提高系统性能，尤其是在对象数量巨大时。
适用于大量细粒度对象的场景：在需要管理大量相似对象的情况下，享元模式能显著提升效率。

五、结论

享元模式通过共享对象来优化内存使用，特别适用于系统中存在大量重复对象的场景。通过享元工厂，我们能够实现对象的复用，从而大大节省内存。在实际开发中，享元模式非常适合用于处理类似座位管理、字符渲染等需要大量对象的场景。通过本例，我们深入理解了享元模式的核心思想及实现方式，并学习了如何应用它来解决内存消耗问题。

查看全文

http://www.kler.cn/a/428686.html