结构型模式之实现对象的复用（享元模式）

带外部状态的解决方案

Sunny软件公司开发人员通过对围棋棋子进行进一步分析，发现虽然黑色棋子和白色棋子可以共享，但是它们将显示在棋盘的不同位置，如何让相同的黑子或者白子能够多次重复显示且位于一个棋盘的不同地方？解决方法就是将棋子的位置定义为棋子的一个外部状态，在需要时再进行设置。因此，我们在图中增加了一个新的类Coordinates（坐标类），用于存储每一个棋子的位置，修改之后的结构图如图所示：

在图中，除了增加一个坐标类Coordinates以外，抽象享元类IgoChessman中的display()方法也将对应增加一个Coordinates类型的参数，用于在显示棋子时指定其坐标，Coordinates类和修改之后的IgoChessman类的代码如下所示：

//坐标类：外部状态类
class Coordinates {
        private int x;
        private int y;

        public Coordinates(int x, int y) {
            this.x = x;
            this.y = y;
        }

        //get、set方法省略
}

//围棋棋子类：抽象享元类
abstract class IgoChessman {
        public abstract String getColor();

        public void display(Coordinates coord) {
            System.out.println("棋子颜色：" + this.getColor() + "，棋子位置: "+ this.getX() + "," + this.getY());
        }
 }

//围棋棋子工厂类：享元工厂类，使用单例模式进行设计
class IgoChessmanFactory {
        private static IgoChessmanFactory instance = new IgoChessmanFactory();
        private static Hashtable ht; //使用Hashtable来存储享元对象，充当享元池

        private IgoChessmanFactory() {
            ht = new Hashtable();
            IgoChessman black, white;
            black = new BlackIgoChessman();
            ht.put("b", black);
            white = new WhiteIgoChessman();
            ht.put("w", white);
        }

        //返回享元工厂类的唯一实例
        public static IgoChessmanFactory getInstance() {
            return instance;
        }

        //通过key来获取存储在Hashtable中的享元对象
        public static IgoChessman getIgoChessman(String color) {
            return (IgoChessman) ht.get(color);
        }
}

//黑色棋子类：具体享元类
class BlackIgoChessman extends IgoChessman {
        public String getColor() {
            return "黑色";
        }
}

//白色棋子类：具体享元类
class WhiteIgoChessman extends IgoChessman {

        public String getColor() {
            return "白色";
        }
}

客户端测试代码修改如下：

class Client {
        public static void main(String args[]) {
            IgoChessman black1, black2, black3, white1, white2;
            IgoChessmanFactory factory;
            //获取享元工厂对象
            factory = IgoChessmanFactory.getInstance();
            //通过享元工厂获取三颗黑子
            black1 = factory.getIgoChessman("b");
            black2 = factory.getIgoChessman("b");
            black3 = factory.getIgoChessman("b");
            System.out.println("判断两颗黑子是否相同：" + (black1 == black2));
            //通过享元工厂获取两颗白子
            white1 = factory.getIgoChessman("w");
            white2 = factory.getIgoChessman("w");
            System.out.println("判断两颗白子是否相同：" + (white1 == white2));
            //显示棋子，同时设置棋子的坐标位置
            black1.display(new Coordinates(1, 2));
            black2.display(new Coordinates(3, 4));
            black3.display(new Coordinates(1, 3));
            white1.display(new Coordinates(2, 5));
            white2.display(new Coordinates(2, 4));

        }
}

编译并运行程序，输出结果如下：

判断两颗黑子是否相同：true 
判断两颗白子是否相同：true
棋子颜色：黑色，棋子位置：1，2 
棋子颜色：黑色，棋子位置：3，4 
棋子颜色：黑色，棋子位置：1，3 
棋子颜色：白色，棋子位置：2，5 
棋子颜色：白色，棋子位置：2，4

从输出结果可以看到，在每次调用display()方法时，都设置了不同的外部状态——坐标值，因此相同的棋子对象虽然具有相同的颜色，但是它们的坐标值不同，将显示在棋盘的不同位置。

享元模式总结

当系统中存在大量相同或者相似的对象时，享元模式是一种较好的解决方案，它通过共享技术实现相同或相似的细粒度对象的复用，从而节约了内存空间，提高了系统性能。相比其他结构型设计模式，享元模式的使用频率并不算太高，但是作为一种以“节约内存，提高性能”为出发点的设计模式，它在软件开发中还是得到了一定程度的应用。

享元模式的主要优点如下：

(1) 可以极大减少内存中对象的数量，使得相同或相似对象在内存中只保存一份，从而可以节约系统资源，提高系统性能。

(2) 享元模式的外部状态相对独立，而且不会影响其内部状态，从而使得享元对象可以在不同的环境中被共享。

享元模式的主要缺点如下：

(1) 享元模式使得系统变得复杂，需要分离出内部状态和外部状态，这使得程序的逻辑复杂化。

(2) 为了使对象可以共享，享元模式需要将享元对象的部分状态外部化，而读取外部状态将使得运行时间变长。

在以下情况下可以考虑使用享元模式：

(1) 一个系统有大量相同或者相似的对象，造成内存的大量耗费。

(2) 对象的大部分状态都可以外部化，可以将这些外部状态传入对象中。

(3) 在使用享元模式时需要维护一个存储享元对象的享元池，而这需要耗费一定的系统资源， 因此，应当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。