【设计模式】享元模式

享元模式（Flyweight Pattern）（轻量级）（共享元素）主要用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能。这种类型的设计模式属于结构型模式，它提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式。

享元模式尝试重用现有的同类对象，如果未找到匹配的对象，则创建新对象。

基本介绍

• 意图：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

• 主要解决：在有大量对象时，有可能会造成内存溢出，我们把其中共同的部分抽象出来，如果有相同的业务请求，直接返回在内存中已有的对象，避免重新创建。

• 何时使用：
  • 1、系统中有大量对象。
  • 2、这些对象消耗大量内存。
  • 3、这些对象的状态大部分可以外部化。
  • 4、这些对象可以按照内蕴状态分为很多组，当把外蕴对象从对象中剔除出来时，每一组对象都可以用一个对象来代替。
  • 5、系统不依赖于这些对象身份，这些对象是不可分辨的。

• 如何解决：用唯一标识码判断，如果在内存中有，则返回这个唯一标识码所标识的对象。

• 关键代码：用 HashMap 存储这些对象。

• 应用实例：
  • 1、JAVA 中的 String，如果有则返回，如果没有则创建一个字符串保存在字符串缓存池里面。
  • 2、数据库的数据池。

• 优点：大大减少对象的创建，降低系统的内存，使效率提高。

• 缺点：提高了系统的复杂度，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固有化的性质，不应该随着内部状态的变化而变化，否则会造成系统的混乱。

• 使用场景：
  • 1、系统有大量相似对象。
  • 2、需要缓冲池的场景。

注意事项：

• 1、注意划分外部状态和内部状态，否则可能会引起线程安全问题。
• 2、这些类必须有一个工厂对象加以控制。

概括

基本介绍

1. 享元模式（Flyweight Pattern） 也叫 蝇量模式: 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象
2. 常用于系统底层开发，解决系统的性能问题。像数据库连接池，里面都是创建好的连接对象，在这些连接对象中有我们需要的则直接拿来用，避免重新创建，如果没有我们需要的，则创建一个
3. 享元模式能够解决重复对象的内存浪费的问题，当系统中有大量相似对象，需要缓冲池时。不需总是创建新对象，可以从缓冲池里拿。这样可以降低系统内存，同时提高效率
4. 享元模式经典的应用场景就是池技术了，String 常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用，享元模式是池技术的重要实现方式
   

享元模式的原理类图

对类图的说明
对原理图的说明-即(模式的角色及职责)

1. FlyWeight 是抽象的享元角色, 他是产品的抽象类, 同时定义出对象的外部状态和内部状态(后面介绍) 的接口或实现
2. ConcreteFlyWeight 是具体的享元角色，是具体的产品类，实现抽象角色定义相关业务
3. UnSharedConcreteFlyWeight 是不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂。
4. FlyWeightFactory 享元工厂类，用于构建一个池容器(集合)，同时提供从池中获取对象方法

内部状态和外部状态

比如围棋、五子棋、跳棋，它们都有大量的棋子对象，围棋和五子棋只有黑白两色，跳棋颜色多一点，所以棋子颜色就是棋子的内部状态；而各个棋子之间的差别就是位置的不同，当我们落子后，落子颜色是定的，但位置是变化的，所以棋子坐标就是棋子的外部状态

1. 享元模式提出了两个要求：细粒度和共享对象。这里就涉及到内部状态和外部状态了，即将对象的信息分为两个部分：内部状态和外部状态
2. 内部状态指对象共享出来的信息，存储在享元对象内部且不会随环境的改变而改变
3. 外部状态指对象得以依赖的一个标记，是随环境改变而改变的、不可共享的状态。
4. 举个例子：围棋理论上有 361 个空位可以放棋子，每盘棋都有可能有两三百个棋子对象产生，因为内存空间有限，一台服务器很难支持更多的玩家玩围棋游戏，如果用享元模式来处理棋子，那么棋子对象就可以减少到只有两个实例，这样就很好的解决了对象的开销问题

我的理解

它使用共享物件，用来尽可能减少内存使用量以及分享资讯给尽可能多的相似物件；它适合用于只是因重复而导致使用无法令人接受的大量内存的大量物件。通常物件中的部分状态是可以分享。常见做法是把它们放在外部数据结构，当需要使用时再将它们传递给享元。

有则共享，无则创造。

应用实例

展示网站项目需求
小型的外包项目，给客户 A 做一个产品展示网站，客户 A 的朋友感觉效果不错，也希望做这样的产品展示网站，但是要求都有些不同：

1. 有客户要求以新闻的形式发布
2. 有客户人要求以博客的形式发布
3. 有客户希望以微信公众号的形式发布

使用传统方案

1. 直接复制粘贴一份，然后根据客户不同要求，进行定制修改
2. 给每个网站租用一个空间
3. 方案设计示意图
   

传统方案解决网站展现项目-问题分析

1. 需要的网站结构相似度很高，而且都不是高访问量网站，如果分成多个虚拟空间来处理，相当于一个相同网站的实例对象很多，造成服务器的资源浪费
2. 解决思路：整合到一个网站中，共享其相关的代码和数据，对于硬盘、内存、CPU、数据库空间等服务器资源都可以达成共享，减少服务器资源
3. 对于代码来说，由于是一份实例，维护和扩展都更加容易
4. 上面的解决思路就可以使用 享元模式 来解决

使用享元模式

1. 应用实例要求
   使用享元模式完成，前面提出的网站外包问题
2. 思路分析和图解(类图)
   

代码实现：

WebSite

package com.atguigu.flyweight;

public abstract class WebSite {
    public abstract void use(User user);//抽象方法
}

ConcreteWebSite

package com.atguigu.flyweight;

//具体网站
public class ConcreteWebSite extends WebSite {

    //共享的部分，内部状态
    private String type = ""; //网站发布的形式(类型)

    //构造器
    public ConcreteWebSite(String type) {
        this.type = type;
    }

    @Override
    public void use(User user) {
        System.out.println("网站的发布形式为:" + type + " 在使用中 .. 使用者是" + user.getName());
    }
}

WebSiteFactory

package com.atguigu.flyweight;

import java.util.HashMap;

// 网站工厂类，根据需要返回压一个网站
public class WebSiteFactory {

    //集合， 充当池的作用
    private HashMap<String, ConcreteWebSite> pool = new HashMap<>();

    //根据网站的类型，返回一个网站, 如果没有就创建一个网站，并放入到池中，并返回
    public WebSite getWebSiteCategory(String type) { 
        if(!pool.containsKey(type)) {
            //就创建一个网站，并放入到池中
            pool.put(type, new ConcreteWebSite(type));
        }
        return (WebSite)pool.get(type);
    }

    //获取网站分类的总数 (池中有多少个网站类型) 
    public int getWebSiteCount() {
        return pool.size();
    }
}

User

package com.atguigu.flyweight;

public class User {

    private String name;

    public User(String name) { 
        super();
        this.name = name;
    }

    public String getName() { 
        return name;
    }
    public void setName(String name) { 
        this.name = name;
    }
}

Client

package com.atguigu.flyweight;

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个工厂类
        WebSiteFactory factory = new WebSiteFactory();

        // 客户要一个以新闻形式发布的网站
        WebSite webSite1 = factory.getWebSiteCategory("新闻");
        webSite1.use(new User("tom"));

        // 客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite webSite2 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        webSite2.use(new User("jack"));

        // 客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite webSite3 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        webSite3.use(new User("smith"));

        // 客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite webSite4 = factory.getWebSiteCategory("博客");
        webSite4.use(new User("king"));
        System.out.println("网站的分类共=" + factory.getWebSiteCount());
    }
}

享元模式在 JDK-Interger 的应用源码分析

1. Integer 中的享元模式
2. 代码分析+Debug 源码+说明
   

代码说明：

package com.atguigu.jdk;

public class FlyWeight {

    public static void main(String[] args) {
        //如果 Integer.valueOf(x) x 在 -128 ~ 127 直接，就是使用享元模式返回，如果不在
        //范围类，则仍然 new

        //小结:
        //1. 在 valueOf 方法中，先判断值是否在 IntegerCache 中，如果不在，就创建新的 Integer(new)，否则，就直接从 缓存池返回
        //2. valueOf 方法，就使用到享元模式
        //3. 如果使用 valueOf 方法得到一个 Integer 实例，范围在 -128 - 127  ，执行速度比 new 快

        Integer x = Integer.valueOf(127); // 得到 x 实例，类型 Integer 
        Integer y = new Integer(127); // 得 到 y 实 例 ， 类 型 Integer 
        Integer z = Integer.valueOf(127);//..
        Integer w = new Integer(127);


        System.out.println(x.equals(y)); // 大小，true 
        System.out.println(x == y ); // false 
        System.out.println(x == z ); // true 
        System.out.println(w == x ); // false 
        System.out.println(w == y ); // false


        Integer x1 = Integer.valueOf(200); 
        Integer x2 = Integer.valueOf(200);
        System.out.println("x1==x2" + (x1 == x2)); // false
    }
}

享元模式的注意事项和细节

1. 在享元模式这样理解，“享”就表示共享，“元”表示对象
2. 系统中有大量对象，这些对象消耗大量内存，并且对象的状态大部分可以外部化时，我们就可以考虑选用享元模式
3. 用唯一标识码判断，如果在内存中有，则返回这个唯一标识码所标识的对象，用 HashMap/HashTable 存储
4. 享元模式大大减少了对象的创建，降低了程序内存的占用，提高效率
5. 享元模式提高了系统的复杂度。需要分离出内部状态和外部状态，而外部状态具有固化特性，不应该随着内部状态的改变而改变，这是我们使用享元模式需要注意的地方。
6. 使用享元模式时，注意划分内部状态和外部状态，并且需要有一个工厂类加以控制。
7. 享元模式经典的应用场景是需要缓冲池的场景，比如 String 常量池、数据库连接池