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赶紧收藏！2024 年最常见 20道设计模式面试题（七）

news 来源：原创 2024/9/28 22:17:27

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十三、享元模式如何优化资源使用？

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能。这种模式通过共享多于一个对象共同使用的相同状态，来优化资源使用。

享元模式的组成部分：

享元对象（Flyweight）：享元对象是细粒度的，可以被多个客户端共享。
非享元对象（UnsharedConcreteFlyweight）：如果有些状态不能共享，则需要创建非享元对象。
享元工厂（FlyweightFactory）：负责创建和管理享元对象，确保享元对象可以被多个客户端共享。

享元模式的工作原理：

享元工厂：客户端通过享元工厂请求享元对象。享元工厂首先检查请求的享元对象是否已经存在，如果存在，则返回现有的对象；如果不存在，则创建一个新的对象。
享元对象：享元对象存储内部状态，这些状态对于所有共享该对象的客户端都是相同的。
非享元对象：如果享元对象的状态信息有部分是不可以共享的，则需要创建非享元对象来存储这些状态。

享元模式如何优化资源使用：

共享对象：享元模式通过共享尽可能多的对象来减少内存占用。对于具有相同内部状态的对象，享元模式只创建一个实例，然后被多个客户端共享。
减少对象创建：通过享元工厂来控制对象的创建，避免了不必要的对象实例化，从而减少了资源的浪费。
分离内部状态和外部状态：享元模式将对象的内部状态和外部状态分离。内部状态是共享的，而外部状态是特定于每个客户端的，并且不会影响其他客户端。
按需加载：享元模式可以实现按需加载对象，即只有在需要时才创建对象，这有助于减少启动时的资源消耗。

使用场景：

享元模式特别适用于以下情况：

当一个系统有大量相似对象时，这些对象的创建和维护成本很高。
当对象的大部分状态都可以外部化，并且可以由对象的使用者提供时。
当使用简单的工厂模式创建对象开销较大，或者对象的创建和销毁需要花费较多资源时。

代码示例（伪代码）：

// 享元接口
interface Flyweight {void operation(String extrinsicState);
}// 具体享元对象
class ConcreteFlyweight implements Flyweight {private intrinsicState; // 内部状态，可以共享public ConcreteFlyweight(int intrinsicState) {this.intrinsicState = intrinsicState;}public void operation(String extrinsicState) {// 操作内部状态和外部状态System.out.println("Operation on intrinsic state: " + intrinsicState + " with extrinsic state: " + extrinsicState);}
}// 享元工厂
class FlyweightFactory {private HashMap<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<>();public Flyweight getFlyweight(String key) {if (!flyweights.containsKey(key)) {flyweights.put(key, new ConcreteFlyweight(Integer.parseInt(key)));}return flyweights.get(key);}
}// 客户端代码
FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
Flyweight flyweightX = factory.getFlyweight("1");
Flyweight flyweightY = factory.getFlyweight("1");flyweightX.operation("Additional information X");
// 输出: Operation on intrinsic state: 1 with extrinsic state: Additional information XflyweightY.operation("Additional information Y");
// 输出: Operation on intrinsic state: 1 with extrinsic state: Additional information Y

在这个示例中，ConcreteFlyweight 是具体的享元对象，它有一个内部状态 intrinsicState，这个状态是共享的。FlyweightFactory 是享元工厂，它管理享元对象的创建和存储。客户端通过工厂来获取享元对象，如果对象已经存在，则工厂返回现有的对象，从而避免了重复创建。通过这种方式，享元模式优化了资源使用，减少了内存占用。

十四、请解释行为型模式中的观察者模式和状态模式的区别。

观察者模式（Observer Pattern）和状态模式（State Pattern）都是行为型设计模式，它们各自解决不同的设计问题，具有不同的结构和用途。下面是两种模式的详细解释和它们之间的主要区别：

观察者模式：

观察者模式定义了对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。

特点：

主题（Subject）拥有一组观察者（Observer），并在状态改变时通知它们。
观察者模式主要用于实现分布式的事件处理系统。

组成部分：

主题（Subject）：维护观察者列表，提供添加、删除和通知观察者的方法。
观察者（Observer）：定义了一个更新接口，用于接收主题状态改变的通知。

使用场景：

当一个对象的改变需要同时改变其他对象时，且这些对象可能有很多，而且彼此之间不应该知道对方的存在。

状态模式：

状态模式允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，看起来好像改变了其类。

特点：

状态模式通过将每个状态封装为一个类，来实现状态的转换逻辑。
状态模式主要用于实现状态机。

组成部分：

状态（State）：定义了一个接口，包含一个或多个行为（方法）。
具体状态（Concrete State）：实现状态接口，定义具体的状态行为。
上下文（Context）：包含一个状态对象引用，负责与状态相关的行为。

使用场景：

当一个对象的行为取决于其状态，且它的状态值在运行时可以改变时。

观察者模式与状态模式的区别：

目的不同：
- 观察者模式用于对象间的通信，确保当一个对象状态改变时，所有依赖它的对象都会得到通知。
- 状态模式用于行为随状态改变而改变的场景，实现状态转换逻辑。
结构不同：
- 观察者模式包含主题和观察者两个主要角色，主题维护观察者列表并负责通知它们。
- 状态模式包含上下文、状态以及具体状态三个角色，上下文持有状态对象并根据状态改变行为。
关注点不同：
- 观察者模式关注的是如何在对象间传递消息或事件。
- 状态模式关注的是如何根据对象的状态改变其行为。
使用场景不同：
- 观察者模式适用于事件多播问题，如模型-视图-控制器（MVC）架构中的观察者模式。
- 状态模式适用于状态机问题，如用户界面的不同状态（如正常、暂停、退出）。
实现方式不同：
- 观察者模式通常通过注册和注销观察者，以及在主题中维护观察者列表来实现。
- 状态模式通常通过在上下文中维护对当前状态对象的引用，并在状态对象中实现状态转换逻辑来实现。