28.4 享元模式的擴展 28.4.1 線程安全的問題 線程安全是一個老生常談的話題，只要使用Java開發都會遇到這個問題，我們之所以要在今天的享元模式中提到該問題，是因為該模式有太大的幾率發生線程不安全，為什么呢？ 我們還以報考系統為例來說明這個問題。大家有沒有想過，為什么要以考試科目+考試地點作為外部狀態呢？為什么不能以考試科目或者考試地點作為外部狀態呢？這樣池中的對象會更少！可以！完全可以！我們把程序以考試科目為外部狀態，把享元工廠稍作修改，如代碼清單28-10所示。 代碼清單28-10 報考信息工廠 public?class?SignInfoFactory?{ ?????//池容器 ?????private?static?HashMap<String,SignInfo>?pool?=?new?HashMap<String,SignInfo>(); ?????//從池中獲得對象 ?????public?static?SignInfo?getSignInfo(String?key){ ?????????????//設置返回對象 ?????????????SignInfo?result?=?null; ?????????????//池中沒有該對象，則建立，并放入池中 ?????????????if(!pool.containsKey(key)){ ?????????????????????result?=?new?SignInfo(); ?????????????????????pool.put(key,?result); ?????????????}else{ ?????????????????????result?=?pool.get(key); ?????????????} ?????????????return?result; ?????} } 下面做很小的改動，只修改了黑色字體部分。為了展示多線程的情況，我們寫一個多線程的類，如代碼清單28-11所示。 代碼清單28-11 多線程場景 public?class?MultiThread?extends?Thread?{ ?????private?SignInfo?signInfo; ?????public?MultiThread(SignInfo?_signInfo){ ?????????????????????this.signInfo?=?_signInfo; ?????} ?????public?void?run(){ ?????????????if(!signInfo.getId().equals(signInfo.getLocation())){ ?????????????????????System.out.println("編號："+signInfo.getId()); ?????????????????????System.out.println("考試地址："+signInfo.getLocation()); ?????????????????????System.out.println("線程不安全了！"); ?????????????} ?????} } 在run方法中判斷特殊值，檢查是否是線程安全，我們來看看場景類，如代碼清單28-12所示。 代碼清單28-12 場景類 public?class?Client?{ ?????public?static?void?main(String[]?args)?{ ?????????????//在對象池中初始化4個對象 ?????????????SignInfoFactory.getSignInfo("科目1"); ?????????????SignInfoFactory.getSignInfo("科目2"); ?????????????SignInfoFactory.getSignInfo("科目3"); ?????????????SignInfoFactory.getSignInfo("科目4"); ?????????????//取得對象 ?????????????SignInfo?signInfo?=?SignInfoFactory.getSignInfo("科目2"); ?????????????while(true){ ?????????????????????signInfo.setId("ZhangSan"); ?????????????????????signInfo.setLocation("ZhangSan"); ?????????????????????(new?MultiThread(signInfo)).start(); ?????????????????????signInfo.setId("LiSi"); ?????????????????????signInfo.setLocation("LiSi"); ?????????????????????(new?MultiThread(signInfo)).start(); ?????????????} ?????} } 模擬實際的多線程情況，在對象池中我們保留4個對象，然后啟動N多個線程來模擬，我們馬上就看到如下的提示： 編號：LiSi 考試地址：ZhangSan 線程不安全了！ 看看，線程不安全了吧，這是正常的，設置的享元對象數量太少，導致每個線程都到對象池中獲得對象，然后都去修改其屬性，于是就出現一些不和諧數據。只要使用Java開發，線程問題是不可避免的，那我們怎么去避免這個問題呢？享元模式是讓我們使用共享技術，而Java的多線程又有如此問題，該如何設計呢？沒什么可以參考的標準，只有依靠經驗，在需要的地方考慮一下線程安全，在大部分的場景下都不用考慮。我們在使用享元模式時，對象池中的享元對象盡量多，多到足夠滿足業務為止。 28.4.2 性能平衡 盡量使用Java基本類型作為外部狀態。在報考系統中，我們不考慮系統的修改風險，完全可以重新建立一個類作為外部狀態，因為這才完全符合面向對象編程的理念。好，我們實現處理，先看類圖，如圖28-4所示。  圖28-4 類作為外部狀態 我們首先來看ExtrinsicState外部狀態類，如代碼清單28-13所示。 代碼清單28-13 外部狀態類 public?class?ExtrinsicState?{ ?????//考試科目 ?????private?String?subject; ?????//考試地點 ?????private?String?location; ?????public?String?getSubject()?{ ?????????????return?subject; ?????} ?????public?void?setSubject(String?subject)?{ ?????????????this.subject?=?subject; ?????} ?????public?String?getLocation()?{ ?????????????return?location; ?????} ?????public?void?setLocation(String?location)?{ ?????????????this.location?=?location; ?????} ?????@Override ?????public?boolean?equals(Object?obj){ ?????????????if(obj?instanceof?ExtrinsicState){ ??????????????????ExtrinsicState?state?=?(ExtrinsicState)obj; ??????????????????return?state.getLocation().equals(location)?&&?state.getSubject().equals(subject); ?????????????} ?????????????return?false; ?????} ?????@Override ?????public?int?hashCode(){ ?????????????return?subject.hashCode()?+?location.hashCode(); ?????} } 注意，一定要覆寫equals和hashCode方法，否則它作為HashMap中的key值是根本沒有意義的，只有hashCode值相等，并且equals返回結果為true，兩個對象才相等，也只有在這種情況下才有可能從對象池中查找獲得對象。 注意　如果把一個對象作為Map類的鍵值，一定要確保重寫了equals和hashCode方法，否則會出現通過鍵值搜索失敗的情況，例如map.get(object)、map.contains(object)等會返回失敗的結果。 SignInfo的修改較小，僅在SignInfo中引入該ExtrinsicState外部狀態對象，在此不再贅述。我們再來看享元工廠，它是以ExtrinsicState類作為外部狀態，如代碼清單28-14所示。 代碼清單28-14 享元工廠 public?class?SignInfoFactory?{ ?????//池容器 ?????private?static?HashMap<ExtrinsicState,SignInfo>?pool?=?new?HashMap?<ExtrinsicState,SignInfo>(); ?????//從池中獲得對象 ?????public?static?SignInfo?getSignInfo(ExtrinsicState?key){ ?????????????//設置返回對象 ?????????????SignInfo?result?=?null; ?????????????//池中沒有該對象，則建立，并放入池中 ?????????????if(!pool.containsKey(key)){ ?????????????????????result?=?new?SignInfo(); ?????????????????????pool.put(key,?result); ?????????????}else{ ?????????????????????result?=?pool.get(key); ?????????????} ?????????????return?result; ?????} } 重點是看看我們的場景類，我們來測試一下性能差異，如代碼清單28-15所示。 代碼清單28-15 場景類 public?class?Client?{ ?????public?static?void?main(String[]?args)?{ ?????????????//初始化對象池 ?????????????ExtrinsicState?state1?=?new?ExtrinsicState(); ?????????????state1.setSubject("科目1"); ?????????????state1.setLocation("上海"); ?????????????SignInfoFactory.getSignInfo(state1); ?????????????ExtrinsicState?state2?=?new?ExtrinsicState(); ?????????????state2.setSubject("科目1"); ?????????????state2.setLocation("上海"); ?????????????//計算執行100萬次需要的時間 ?????????????long?currentTime?=?System.currentTimeMillis(); ?????????????for(int?i=0;i<1000000;i++){ ?????????????????????SignInfoFactory.getSignInfo(state2); ?????????????} ?????????????long?tailTime?=?System.currentTimeMillis(); ?????????????System.out.println("執行時間："+(tailTime?-?currentTime)?+?"?ms"); ?????} } 運行結果如下所示： 執行時間：172 ms 同樣，我們看看以String類型作為外部狀態的運行情況，如代碼清單28-16所示。 代碼清單28-16 場景類 public?class?Client?{ ?????public?static?void?main(String[]?args)?{ ?????????????String?key1?=?"科目1上海"; ?????????????String?key2?=?"科目1上海"; ?????????????//初始化對象池 ?????????????SignInfoFactory.getSignInfo(key1); ?????????????//計算執行10萬次需要的時間 ?????????????long?currentTime?=?System.currentTimeMillis(); ?????????????for(int?i=0;i<10000000;i++){ ?????????????????????SignInfoFactory.getSignInfo(key2); ?????????????} ?????????????long?tailTime?=?System.currentTimeMillis(); ?????????????System.out.println("執行時間："+(tailTime?-?currentTime)?+?"?ms"); ?????} } 運行結果如下所示： 執行時間：78 ms 看到沒？一半的效率，這還是非常簡單的享元對象，看看我們重寫的equals方法和hashCode方法，這段代碼是必須實現的，如果比較復雜，這個時間差異會更大。 各位，想想看，使用自己編寫的類作為外部狀態，必須覆寫equals方法和hashCode方法，而且執行效率還比較低，這種吃力不討好的事情最好別做，外部狀態最好以Java的基本類型作為標志，如String、int等，可以大幅地提升效率。