设计模式(结构型)之享元模式(Flyweight Pattern)

PS一句：最终还是选择CSDN来整理发表这几年的知识点，该文章平行迁移到CSDN。因为CSDN也支持MarkDown语法了，牛逼啊！

【工匠若水 http://blog.csdn.net/yanbober】 阅读前一篇《设计模式(结构型)之外观模式(Facade Pattern)》http://blog.csdn.net/yanbober/article/details/45476527

概述

当一个软件系统在运行时产生的对象数量太多，将导致运行代价过高，带来系统性能下降等问题。所以需要采用一个共享来避免大量拥有相同内容对象的开销。在Java中，String类型就是使用了享元模式。String对象是final类型，对象一旦创建就不可改变。在Java中字符串常量都是存在常量池中的，Java会确保一个字符串常量在常量池中只有一个拷贝。

核心

概念： 运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。系统只使用少量的对象，而这些对象都很相似，状态变化很小，可以实现对象的多次复用。由于享元模式要求能够共享的对象必须是细粒度对象，因此它又称为轻量级模式，它是一种对象结构型模式。

关于享元基础：

享元对象共享的关键是区分了内部状态(Intrinsic State)和外部状态(Extrinsic State)。

内部状态

存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改变的状态，内部状态可以共享。

外部状态

享元对象的外部状态通常由客户端保存，并在享元对象被创建之后，需要使用的时候再传入到享元对象内部。随环境改变而改变的、不可以共享的状态。一个外部状态与另一个外部状态之间是相互独立的。

由于区分了内部状态和外部状态，我们可以将具有相同内部状态的对象存储在享元池中，享元池中的对象是可以实现共享的，需要的时候就将对象从享元池中取出，实现对象的复用。通过向取出的对象注入不同的外部状态，可以得到一系列相似的对象，而这些对象在内存中实际上只存储一份。

享元模式分类：

• 单纯享元模式
• 复合享元模式

单纯享元模式结构重要核心模块：

抽象享元角色

为具体享元角色规定了必须实现的方法，而外部状态就是以参数的形式通过此方法传入。在Java中可以由抽象类、接口来担当。

具体享元角色

实现抽象角色规定的方法。如果存在内部状态，就负责为内部状态提供存储空间。

享元工厂角色

负责创建和管理享元角色。要想达到共享的目的，这个角色的实现是关键！

客户端角色

维护对所有享元对象的引用，而且还需要存储对应的外部状态。

单纯享元模式和创建型的简单工厂模式实现上非常相似，但是它的重点或者用意却和工厂模式截然不同。工厂模式的使用主要是为了使系统不依赖于实现得细节；而在享元模式的主要目的是避免大量拥有相同内容对象的开销。

复合享元模式结构重要核心模块：

抽象享元角色

为具体享元角色规定了必须实现的方法，而外部状态就是以参数的形式通过此方法传入。在Java中可以由抽象类、接口来担当。

具体享元角色

实现抽象角色规定的方法。如果存在内部状态，就负责为内部状态提供存储空间。

复合享元角色

它所代表的对象是不可以共享的，并且可以分解成为多个单纯享元对象的组合。

享元工厂角色

负责创建和管理享元角色。要想达到共享的目的，这个角色的实现是关键！

客户端角色

维护对所有享元对象的引用，而且还需要存储对应的外部状态。

使用场景

一个系统有大量相同或者相似的对象，造成内存的大量耗费。

对象的大部分状态都可以外部化，可以将这些外部状态传入对象中。

在使用享元模式时需要维护一个存储享元对象的享元池，而这需要耗费一定的系统资源，因此，应当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。

程序猿实例

单纯享元模式实例：例子完全就是核心点的文字翻译代码，不做过多解释。

package yanbober.github.io;

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

//抽象享元角色类
interface ICustomerString {
    //外部状态以参数的形式通过此方法传入
    void opt(String state);
}
//具体享元角色类
class CustomerStringImpl implements ICustomerString {
    //负责为内部状态提供存储空间
    private Character mInnerState = null;

    public CustomerStringImpl(Character mInnerState) {
        this.mInnerState = mInnerState;
    }

    @Override
    public void opt(String state) {
        System.out.println("Inner state = "+this.mInnerState);
        System.out.println("Out state = "+state);
    }
}
//享元工厂角色类
//一般而言，享元工厂对象在整个系统中只有一个，因此也可以使用单例模式
class CustomerStringFactory {
    private Map<Character, ICustomerString> map = new HashMap<>();

    public ICustomerString factory(Character state) {
        ICustomerString cacheTemp = map.get(state);
        if (cacheTemp == null) {
            cacheTemp = new CustomerStringImpl(state);
            map.put(state, cacheTemp);
        }
        return cacheTemp;
    }
}
//客户端
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        CustomerStringFactory factory = new CustomerStringFactory();
        ICustomerString customerString = factory.factory(new Character('Y'));
        customerString.opt("YanBo");

        customerString = factory.factory(new Character('B'));
        customerString.opt("Bob");

        customerString = factory.factory(new Character('Y'));
        customerString.opt("Jesse");
    }
}
           

运行结果：

Inner state = Y

Out state = YanBo

Inner state = B

Out state = Bob

Inner state = Y

Out state = Jesse

上边示例结果一目了然可以看出来简单享元模式的特点。

复合享元模式实例：

如下例子就是一个复合享元模式，添加了复合对象，具体如下：

package yanbober.github.io;

import java.util.*;

//抽象享元角色类
interface ICustomerString {
    //外部状态以参数的形式通过此方法传入
    void opt(String state);
}
//具体享元角色类
class CustomerStringImpl implements ICustomerString {
    //负责为内部状态提供存储空间
    private Character mInnerState = null;

    public CustomerStringImpl(Character mInnerState) {
        this.mInnerState = mInnerState;
    }

    @Override
    public void opt(String state) {
        System.out.println("Inner state = "+this.mInnerState);
        System.out.println("Out state = "+state);
    }
}
//复合享元对象
class MultipleCustomerStringImpl implements ICustomerString {
    private Map<Character, ICustomerString> map = new HashMap<>();

    public void add(Character key, ICustomerString value) {
        map.put(key, value);
    }

    @Override
    public void opt(String state) {
        ICustomerString temp;
        for (Character obj : map.keySet()) {
            temp = map.get(obj);
            temp.opt(state);
        }
    }
}
//享元工厂角色类
class CustomerStringFactory {
    //一般而言，享元工厂对象在整个系统中只有一个，因此也可以使用单例模式
    private Map<Character, ICustomerString> map = new HashMap<>();
    //上例的单纯享元模式
    public ICustomerString factory(Character state) {
        ICustomerString cacheTemp = map.get(state);
        if (cacheTemp == null) {
            cacheTemp = new CustomerStringImpl(state);
            map.put(state, cacheTemp);
        }

        return cacheTemp;
    }
    //复合享元模式
    public ICustomerString factory(List<Character> states) {
        MultipleCustomerStringImpl impl = new MultipleCustomerStringImpl();
        for (Character state : states) {
            impl.add(state, this.factory(state));
        }

        return impl;
    }
}
//客户端
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Character> states = new ArrayList<>();
        states.add('Y');
        states.add('A');
        states.add('N');
        states.add('B');
        states.add('O');

        states.add('Y');
        states.add('B');

        CustomerStringFactory factory = new CustomerStringFactory();
        ICustomerString customerString1 = factory.factory(states);
        ICustomerString customerString2 = factory.factory(states);

        customerString1.opt("Mutex object test!");
    }
}
           

总结一把

从上面代码你可以发现，由于享元模式的复杂，实际应用也不是很多，这是我们更加无法看清他的真面目了。不过享元模式并不是鸡肋，它的精髓是共享，是对我们系统优化非常有好处的，而且这种思想已经别越来越多的应用，这应该就算是享元模式的应用了吧。

享元模式优点：

• 可以极大减少内存中对象的数量，使得相同或相似对象在内存中只保存一份，从而可以节约系统资源，提高系统性能。
• 享元模式的外部状态相对独立，而且不会影响其内部状态，从而使得享元对象可以在不同的环境中被共享。

享元模式缺点：

• 享元模式使得系统变得复杂，需要分离出内部状态和外部状态，这使得程序的逻辑复杂化。
• 为了使对象可以共享，享元模式需要将享元对象的部分状态外部化，而读取外部状态将使得运行时间变长。

【工匠若水 http://blog.csdn.net/yanbober】 继续阅读《设计模式(结构型)之代理模式(Proxy Pattern)》 http://blog.csdn.net/yanbober/article/details/45480965#t3