【设计模式】享元模式

享元模式

　　在面向对象程序设计过程中，有时会面临要创建大量相同或相似对象实例的问题。创建那么多的对象将会耗费很多的系统资源，它是系统性能提高的一个瓶颈。例如，围棋和五子棋中的黑白棋子，图像中的坐标点或颜色，局域网中的路由器、交换机和集线器，教室里的桌子和凳子等。这些对象有很多相似的地方，如果能把它们相同的部分提取出来共享，则能节省大量的系统资源，这就是享元模式的产生背景。

展示网站项目需求示例　　

　　小型的外包项目团队，给客户 A 做一个产品展示网站，客户 A 的朋友 B 感觉效果不错，也希望做一个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) 有客户要求以博客的形式发布

　　3) 有客户要求以微信公众号的形式发布

传统方案解决网站展现项目

　　

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

享元模式基本介绍　　

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

　　

享元模式的主要优点是

　　相同对象只要保存一份，这降低了系统中对象的数量，从而降低了系统中细粒度对象给内存带来的压力。

其主要缺点是：

1. 为了使对象可以共享，需要将一些不能共享的状态外部化，这将增加程序的复杂性

2. 读取享元模式的外部状态会使得运行时间稍微变长

享元模式的结构与实现

模式的结构

1. 抽象享元角色（Flyweight）：是所有的具体享元类的基类，为具体享元规范需要实现的公共接口，非享元的外部状态以参数的形式通过方法传入

2. 具体享元（Concrete Flyweight）角色：实现抽象享元角色中所规定的接口

3. 非享元（Unsharable Flyweight）角色：是不可以共享的外部状态，它以参数的形式注入具体享元的相关方法中

4. 享元工厂（Flyweight Factory）角色：负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时，享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象，如果存在则提供给客户；如果不存在的话，则创建一个新的享元对象

　　图 1 是享元模式的结构图。图中的 UnsharedConcreteFlyweight 是与享元角色，里面包含了非共享的外部状态信息 info；而 Flyweight 是抽象享元角色，里面包含了享元方法 operation(UnsharedConcreteFlyweight state)，非享元的外部状态以参数的形式通过该方法传入；ConcreteFlyweight 是具体享元角色，包含了关键字 key，它实现了抽象享元接口；FlyweightFactory 是享元工厂角色，它通过关键字 key 来管理具体享元；客户角色通过享元工厂获取具体享元，并访问具体享元的相关方法。

　　

享元模式中存在以下两种状态：

1. 内部状态，即不会随着环境的改变而改变的可共享部分

2. 外部状态，指随环境改变而改变的不可以共享的部分。享元模式的实现要领就是区分应用中的这两种状态，并将外部状态外部化

　　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。

　　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。

模式的实现

　　代码如下：

package flyweight;
import java.util.HashMap;
 
public class FlyweightPattern {
    
    public static void main(String[] args) {
        FlyweightFactory factory=new FlyweightFactory();
        Flyweight f01 = factory.getFlyweight("a");11         Flyweight f11 = factory.getFlyweight("b");13         f01.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第1次调用a。"));       
        f01.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第2次调用a。"));       
        f01.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第3次调用a。"));       
        f11.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第1次调用b。"));       
        f11.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第2次调用b。"));
    }
}
 
 
// 非享元角色
class UnsharedConcreteFlyweight {
 
    private String info;
 
    UnsharedConcreteFlyweight(String info) {
        this.info = info;
    }
 
    public String getInfo() {
        return info;
    }
 
    public void setInfo(String info) {
        this.info = info;
    }
}
 
 
// 抽象享元角色
interface Flyweight {
    public void operation(UnsharedConcreteFlyweight state);
}
 
 
// 具体享元角色
class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
 
    private String key;
 
    ConcreteFlyweight(String key) {
        this.key = key;
        System.out.println("具体享元" + key + "被创建！");
    }
 
    public void operation(UnsharedConcreteFlyweight outState) {
        System.out.print("具体享元" + key + "被调用，");
        System.out.println("非享元信息是:" + outState.getInfo());
    }
}
 
 
// 享元工厂角色
class FlyweightFactory {
    private HashMap<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<String, Flyweight>();
 
    public Flyweight getFlyweight(String key) {
 
        Flyweight flyweight = (Flyweight)flyweights.get(key);
 
        if(flyweight != null) {
            System.out.println("具体享元"+key+"已经存在，被成功获取！");
        } else {
            flyweight = new ConcreteFlyweight(key);
            flyweights.put(key, flyweight);
        }
        return flyweight;
    }
}

享元模式解决网站展现项目

　　

　　代码：

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());
    }
}

// 具体网站
public class ConcreteWebSite extends WebSite {

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

    // 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());
    }
}

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;
    }

}

public abstract class WebSite {

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

// 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();
    }
}

享元模式在 JDK-Interger 的应用源码分析

　　

　　

　　代码示例：

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
        // 得到 x 实例，类型
        Integer x = Integer.valueOf(127);
        // 得到 y 实例，类型
        Integer y = new Integer(127);
        // ..
        Integer z = Integer.valueOf(127);

        Integer w = new Integer(127);

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

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

    }
}

享元模式的应用场景

　　前面分析了享元模式的结构与特点，下面分析它适用的应用场景。享元模式是通过减少内存中对象的数量来节省内存空间的，所以以下几种情形适合采用享元模式。

1. 系统中存在大量相同或相似的对象，这些对象耗费大量的内存资源

2. 大部分的对象可以按照内部状态进行分组，且可将不同部分外部化，这样每一个组只需保存一个内部状态

3. 由于享元模式需要额外维护一个保存享元的数据结构，所以应当在有足够多的享元实例时才值得使用享元模式

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

原文链接：https://blog.csdn.net/qq784515681/article/details/106516122