设计模式~享元模式

享元模式是对象的结构模式。

享元模式以共享的方式高效的支持大量的细粒度对象。

享元对象能做到共享的关键是区分内蕴状态（Internal State）和外蕴状态（External）。

一个内蕴状态是存储在享元对象内部的，并且是不会随环境改变而有所不同的。因此，一个享元可以具有内蕴状态并可以共享。

一个外蕴状态是随环境改变而改变的、不可以共享的状态。享元对象的外蕴状态必须由客户端保存，并在享元对象被创建之后，在需要使用的时候再传入享元对象内部。

外蕴状态不可以影响享元对象的内蕴状态。也就是说，它们是相互独立的。

享元模式的种类

• 单纯享元模式
• 复合享元模式

单纯享元模式

 角色如下：

• 抽象享元角色：此角色是所有具体享元类的超类，为这些类规定出需要实现的公共接口。
• 具体享元角色（ConcreteFlyweight）: 实现抽象享元角色所规定的接口。如果有内蕴状态的话，必须负责为内蕴状态提供存储空间。享元对象的内蕴状态必须于对象所处的周围环境无关，从而使得享元对象可以在系统内共享。
• 享元工厂角色（FlyweightFactory）: 本角色负责创建和管理享元角色。本角色必须保证享元对象可以被系统适当的共享。
• 客户端角色：本角色需要维护一个对所有享元对象的引用。本角色需要自行 存储所有享元对象的外蕴状态。

示意源码

 抽象享元角色 Flyweight

public abstract class Flyweight {

    //一个示意性方法，参数state是外蕴状态
    public abstract void operation(String state);
}

具体享元角色 ConcreteFlyweight

public class ConcreteFlyweight extends Flyweight {

    private Character intrinsicState = null;
    /**
     * 构造函数，内蕴状态作为参量传入
     * @param state
     */
    public ConcreteFlyweight(Character state){
        this.intrinsicState = state;
    }
    /**
     * 外蕴状态作为参量传入方法中，改变方法的行为，
     * 但是并不改变对象的内蕴状态
     */
    @Override
    public void operation(String state) {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("
Instrinsic State = "+intrinsicState + ".Extrinsic State = "+state);
    }

}

享元工厂角色 FlyweightFactory

public class FlyweightFactory {

    private HashMap flies = new HashMap();
    private Flyweight InkFlyweight;
    public FlyweightFactory(){}
    
    public Flyweight factory(Character state){
        if(flies.containsKey(state)){
            return (Flyweight)flies.get(state);
        }else{
            Flyweight fly = new ConcreteFlyweight(state);
            flies.put(state, fly);
            return fly;
        }
    }
    /**
     * 辅助方法
     */
    public void checkFlyweight(){
        Flyweight fly;
        int i =0;
        System.out.println("
====checkFlyweight()=====");
        for(Iterator it = flies.entrySet().iterator();it.hasNext();){
            Map.Entry e = (Map.Entry)it.next();
            System.out.println("Item "+ (++i)+":"+e.getKey());
        }
        System.out.println("======checkFlyweight()======");
    }
}

客户端调用

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub

        //创建一个享元工厂对象
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
        //向享元工厂对象请求一个内蕴状态为‘a’的享元对象
        Flyweight fly = factory.factory(new Character('a'));
        //以参量方式传入一个外蕴状态
        fly.operation("First Call");
        //向享元工厂对象请求一个内蕴状态为‘b’的享元对象
        fly = factory.factory(new Character('b'));
        //以参量方式传入一个外蕴状态
        fly.operation("Second Call");
        fly = factory.factory(new Character('a'));
        fly.operation("Third Call");
        
        
        factory.checkFlyweight();
    }

}

虽然上面申请了三个享元对象，但是实际上创建的享元对象只有两个，这就是共享的含义。

复合享元模式

在单纯享元模式中，所有的享元对象都是单纯享元对象，也就是说都是可以直接共享的。

而对于将一些单纯享元使用合成模式加以复合，形成的复合享元模式而言，这样的复合享元对象本身不能共享，但是它们可以分解成单纯享元对象，而后者可以共享。

 涉及的角色：

• 抽象享元角色：此角色是所有的具体享元类的超类，为这些类规定出需要实现的公共接口。
• 具体享元角色（ConcreteFlyweight）: 实现抽象享元角色所规定的接口。如果有内蕴状态，必须为内蕴状态提供存储空间。并且享元对象的内蕴状态必须与对象所处的周围环境无关，从而使享元对象可以在系统内共享。
• 复合享元角色（UnsharableFlyweight）: 复合享元角色所代表的对象时不可以共享的，但是一个复合享元对象可以分解成多个本身是单纯享元对象的组合。
• 享元工厂（FlyweightFactory）: 本角色负责创建和管理享元角色。本角色必须保证享元对象可以被系统适当的共享。
• 客户端角色：本角色需要自行存储所有享元对象的外蕴状态。

示意性源码：

抽象享元角色

public abstract class Flyweight {

    //一个示意性方法，参数state是外蕴状态
    public abstract void operation(String state);
}

具体享元角色

public class ConcreteFlyweight extends Flyweight {

    private Character intrinsicState = null;
    /**
     * 构造函数，内蕴状态作为参量传入
     * @param state
     */
    public ConcreteFlyweight(Character state){
        this.intrinsicState = state;
    }
    /**
     * 外蕴状态作为参量传入方法中，改变方法的行为，
     * 但是并不改变对象的内蕴状态
     */
    @Override
    public void operation(String state) {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("
Instrinsic State = "+intrinsicState + ".Extrinsic State = "+state);
    }
}

具体复合享元角色

public class ConcreteCompositeFlyweight extends Flyweight {

    private HashMap flies = new HashMap(10);
    private Flyweight flyweight;
    public ConcreteCompositeFlyweight(){
        
    }
    // 增加一个新的单纯享元对象到聚集中
    public void add(Character key,Flyweight fly){
        flies.put(key, fly);
    }
    //外蕴状态作为参量传入到方法中
    @Override
    public void operation(String extrinsicState) {
        Flyweight fly = null;
        for(Iterator it = flies.entrySet().iterator();it.hasNext();){
            Map.Entry e = (Map.Entry)it.next();
            fly = (Flyweight)e.getValue();
            fly.operation(extrinsicState);
        }
    }
}

享元工厂角色

public class FlyweightFactory {

    private HashMap flies = new HashMap();
    public FlyweightFactory(){}
    
    public Flyweight factory(Character state){
        if(flies.containsKey(state)){
            return (Flyweight)flies.get(state);
        }else{
            Flyweight fly = new ConcreteFlyweight(state);
            flies.put(state, fly);
            return fly;
        }
    }
    
    public Flyweight factory(String compositeState){
        ConcreteCompositeFlyweight compositeFly = new ConcreteCompositeFlyweight();
        int length = compositeState.length();
        Character state = null;
        for(int i=0;i<length;i++){
            state = new Character(compositeState.charAt(i));
            System.out.println("factory("+state+")");
            compositeFly.add(state, this.factory(state));
        }
        return compositeFly;
    }
    /**
     * 辅助方法
     */
    public void checkFlyweight(){
        Flyweight fly;
        int i =0;
        System.out.println("
====checkFlyweight()=====");
        for(Iterator it = flies.entrySet().iterator();it.hasNext();){
            Map.Entry e = (Map.Entry)it.next();
            System.out.println("Item "+ (++i)+":"+e.getKey());
        }
        System.out.println("======checkFlyweight()======");
    }
}

客户端

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub

        //创建一个享元工厂对象
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
        Flyweight fly = factory.factory("aba");
        fly.operation("Composite Call");
        
        
        factory.checkFlyweight();
    }

}

享元模式应当在什么情况下使用

1. 一个系统有大量的对象
2. 这些对象耗费大量的内存
3. 这些对象的状态中的大部分都可以外部化。
4. 这些对象可以按照内蕴状态分成很多的组，当把外蕴对象从对象中剔除时，每一个组都可以仅用一个对象代替。
5. 软件系统不依赖这些对象的身份，换言之，这些对象可以是不可分辨的。

满足以上的这些条件的系统可以使用享元对象。

享元模式的优点和缺点

享元模式的优点在于它大幅度的降低内存中对象的数量。

但是，它要做到这一点付出的代价也是很高的：

• 享元模式使得系统更加复杂。为了使对象可以共享，需要将一些状态外部化，这使得程序的逻辑复杂化。
• 享元模式将享元对象的状态外部化，而读取外部状态使得运行时间稍变长。

享元模式的应用

　　享元模式在编辑器系统中大量使用。一个文本编译器往往会提供很多中字体，而通常的做法是将每一个字母做出一个享元对象。

享元对象的内蕴状态就是这个字母，而字母在文本中的位置和字母风格等其他信息则是外蕴状态。比如，字母a可能出现在文本的很多地方，虽然这些字母a的位置和字母风格不同，但是所有这些地方使用的都是同一个字母对象。

这样一来，字母对象就可以在整个系统中共享。

　　在java语言中，String类型就使用了享元模式。String 对象是不变对象，一旦创建出来就不能改变。

如果需要改变一个字符串的值，就只好创建一个新的String对象。在JVM内部，String对象都是共享的。

如果一个系统中有两个String对象所包含的字符串相同的话，JVM实际上只创建一个String对象提供给两个引用，从而实现String对象的共享。String的intern()方法给出这个字符串在共享池中的唯一实例。