结构类型7-5：享元模式(Flyweight Pattern)

1. 概述

运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

享元模式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。运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象，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。我们将通过创建 5 个对象来画出 20 个分布于不同位置的圆来演示这种模式。由于只有 5 种可用的颜色，所以 color 属性被用来检查现有的 Circle 对象。

2. 介绍

2.1 意图

运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

2.5 关键代码

用 HashMap 存储这些对象。

2.6 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。

2.7 优点

大大减少对象的创建，降低系统的内存，使效率提高。

2.8 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。

2.9 使用场景

1、系统有大量相似对象(一个应用程序使用了大量的对象)。
2、需要缓冲池的场景(完全由于使用大量的对象，造成很大的存储开销)。
3、对象的大多数状态都可变为外部状态。
4、如果删除对象的外部状态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象。
5、应用程序不依赖于对象标识。由于Flyweight对象可以被共享，对于概念上明显有别的对象，标识测试将返回真值。

2.10 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。

3. 参与者

1.Flyweight
	描述一个接口，通过这个接口flyweight可以接受并作用于外部状态。

2.ConcreteFlyweight
	实现Flyweight接口，并为内部状态（如果有的话）增加存储空间。
	ConcreteFlyweight对象必须是可共享的。它所存储的状态必须是内部的；即，它必须独立于ConcreteFlyweight对象的场景。

3.UnsharedConcreteFlyweight
	并非所有的Flyweight子类都需要被共享。Flyweight接口使共享成为可能，但它并不强制共享。
	在Flyweight对象结构的某些层次，UnsharedConcreteFlyweight对象通常将ConcreteFlyweight对象作为子节点。

4.FlyweightFactory
	创建并管理flyweight对象。
	确保合理地共享flyweight。当用户请求一个flyweight时，FlyweightFactory对象提供一个已创建的实例或者创建一个（如果不存在的话）。

4. 类图

5. 例子

5.1 Flyweight

public interface Flyweight {
    void action(int arg);
}

5.2 ConcreteFlyweight

public class FlyweightImpl implements Flyweight {
    public void action(int arg) {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("参数值: " + arg);
    }
}

5.3 FlyweightFactory

public class FlyweightFactory {

    private static Map flyweights = new HashMap();
    
    public FlyweightFactory(String arg) {
        flyweights.put(arg, new FlyweightImpl());
    }
    
    public static Flyweight getFlyweight(String key) {
        if (flyweights.get(key) == null) {
            flyweights.put(key, new FlyweightImpl());
        }
        return flyweights.get(key);
    }
    
    public static int getSize() {
        return flyweights.size();
    }
}

Test

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        Flyweight fly1 = FlyweightFactory.getFlyweight("a");
        fly1.action(1);
        
        Flyweight fly2 = FlyweightFactory.getFlyweight("a");
        System.out.println(fly1 == fly2);
        
        Flyweight fly3 = FlyweightFactory.getFlyweight("b");
        fly3.action(2);
        
        Flyweight fly4 = FlyweightFactory.getFlyweight("c");
        fly4.action(3);
        
        Flyweight fly5 = FlyweightFactory.getFlyweight("d");
        fly4.action(4);
        
        System.out.println(FlyweightFactory.getSize());
    }
}

result

参数值: 1
true
参数值: 2
参数值: 3
参数值: 4
4

6. 示例2

我们将创建一个 Shape 接口和实现了 Shape 接口的实体类 Circle。下一步是定义工厂类 ShapeFactory。

ShapeFactory 有一个 Circle 的 HashMap，其中键名为 Circle 对象的颜色。无论何时接收到请求，都会创建一个特定颜色的圆。ShapeFactory 检查它的 HashMap 中的 circle 对象，如果找到 Circle 对象，则返回该对象，否则将创建一个存储在 hashmap 中以备后续使用的新对象，并把该对象返回到客户端。

FlyWeightPatternDemo，我们的演示类使用 ShapeFactory 来获取 Shape 对象。它将向 ShapeFactory 传递信息（red / green / blue/ black / white），以便获取它所需对象的颜色。

public interface Shape {
    void draw();
}

class Circle implements Shape{
    private String color;
    private int x;
    private int y;
    private int radius;


    public Circle(String color) {
        this.color = color;
    }

    public void setX(int x) {
        this.x = x;
    }

    public void setY(int y) {
        this.y = y;
    }

    public void setRadius(int radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Circle: Draw() [Color : " + color
                +", x : " + x +", y :" + y +", radius :" + radius);
    }
}

import java.util.HashMap;

public class ShapeFactory {
    private static final HashMap<String, Shape> circleMap = new HashMap<>();

    public static Shape getCircle(String color){
        Circle circle = (Circle)circleMap.get(color);

        if(circle == null){
            circle = new Circle(color);
            circleMap.put(color, circle);
            System.out.println("Creating circle of color : " + color);
        }
        return circle;
    }
}

test

public class FlyweightPatternDemo {
    private static final String colors[] =
            { "Red", "Green", "Blue", "White", "Black" };
    public static void main(String[] args) {

        for(int i=0; i < 20; ++i) {
            Circle circle =
                    (Circle)ShapeFactory.getCircle(getRandomColor());
            circle.setX(getRandomX());
            circle.setY(getRandomY());
            circle.setRadius(100);
            circle.draw();
        }
    }
    private static String getRandomColor() {
        return colors[(int)(Math.random()*colors.length)];
    }
    private static int getRandomX() {
        return (int)(Math.random()*100 );
    }
    private static int getRandomY() {
        return (int)(Math.random()*100);
    }
}

Creating circle of color : Black
Circle: Draw() [Color : Black, x : 36, y :71, radius :100
Creating circle of color : Green
Circle: Draw() [Color : Green, x : 27, y :27, radius :100
Creating circle of color : White
Circle: Draw() [Color : White, x : 64, y :10, radius :100
Creating circle of color : Red
Circle: Draw() [Color : Red, x : 15, y :44, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 19, y :10, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 94, y :32, radius :100
Circle: Draw() [Color : White, x : 69, y :98, radius :100
Creating circle of color : Blue
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 13, y :4, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 21, y :21, radius :100
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 55, y :86, radius :100
Circle: Draw() [Color : White, x : 90, y :70, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 78, y :3, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 64, y :89, radius :100
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 3, y :91, radius :100
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 62, y :82, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 97, y :61, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 86, y :12, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 38, y :93, radius :100
Circle: Draw() [Color : Red, x : 76, y :82, radius :100
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 95, y :82, radius :100