结构类模式（六）：享元（Flyweight）

定义

运用共享技术有效的支持大量细粒度的对象。

两个状态

1. 内蕴状态存储在享元内部，不会随环境的改变而有所不同，是可以共享的。
2. 外蕴状态是不可以共享的，它随环境的改变而改变的，因此外蕴状态是由客户端来保持（因为环境的变化是由客户端引起的）。

和对象池的区别

1. 对象池主要解决对象的复用问题，池中的每个对象都是可以替换的，从池中获取对象A和获取对象B对客户端而言都是一样的。
2. 享元模式主要解决对象的共享问题，建立多个细粒度的可以进行共享的对象是其关注的重点。

UML

优点

1. 减少运行时对象实例的个数，节省内存。
2. 将许多“虚拟”对象的状态集中管理。

缺点

1. 一旦你实现了它，单个的逻辑实现将无法拥有独立而不同的行为。

应用场景

1. 系统中有大量对象且这些对象消耗大量内存。
2. 这些对象的状态大部分可以外部化。
3. 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。

示例

我们考虑一个场景，当我们需要自己实现绘制艺术字时，每一个字符都会有下面的几个状态：1.字体轮廓（这部分就是最耗内存的部分，每个字体都会有大量的数据来记录该字体的样式）；2.字体字符（标志该字体用来表示哪一个字符）；3.字体大小；4.字体位置。

当我们使用该艺术字来呈现一堆文本时，如果每个字符都加载同一份轮廓则会对内存和GC造成压力。

我们会发现对于同一个字符来说，轮廓和字符都是一致的内部状态，而大小和位置则是会变动的外部状态；我们通过使用享元模式来节省内存的使用；

Java

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        String text = "Hello World! Hello Flyweight!";
        for (int i = 0; i < text.length(); i++)
        {
            char c = text.charAt(i);
            FontFlyweight font = (FontFlyweight) FontFlyweightFactory.getFont(c);
            font.size = (int) ((Math.random() * 20) + 7);
            font.x = (int) ((Math.random() * 500));
            font.y = (int) ((Math.random() * 500));
            font.drawFont();
        }
        FontFlyweightFactory.printFontCount();
    }

    /**
     * 字体享元接口
     */
    public interface IFontFlyweight
    {
        /**
         * 绘制当前字体
         */
        void drawFont();
    }
    
    /**
     * 字体享元类
     */
    public static class FontFlyweight implements IFontFlyweight
    {
        /**
         * 不会改变可以共享的内部状态
         */
        public final char symbol;
        public final String font;

        /**
         * 频繁改变不可以共享的外部状态
         */
        public int size;
        public int x;
        public int y;
        
        public FontFlyweight(char symbol)
        {
            this.symbol = symbol;
            //这里一般会从硬盘读取指定的美术字的字体样式
            this.font = "自定义的美术字";
        }

        @Override
        public void drawFont()
        {
            //实际上绘制一个指定样式的矢量字符是非常复杂的，内存中需要保存该字符的所有矢量信息，会占用比较大的内存开销
            System.out.println("在位置(" + x + ", " + y + ")处使用字体"" + font + ""绘制"" + size + ""号尺寸的字符"" + symbol + """);
        }
    }

    /**
     * 字体享元工厂
     */
    public static class FontFlyweightFactory
    {
        private static Map<Character, IFontFlyweight> _map = new HashMap<>();

        /**
         * 根据外部状态获取对应的享元对象
         */
        public static IFontFlyweight getFont(char key)
        {
            if(_map.containsKey(key))
            {
                return _map.get(key);
            }
            IFontFlyweight info = new FontFlyweight(key);
            _map.put(key, info);
            return info;
        }

        public static void printFontCount()
        {
            System.out.println("内存中存在的字体实例数量：" + _map.values().size());
        }
    }
}