Java设计模式-享元模式（12）

大家好，我是馆长！今天开始我们讲的是结构型模式中的享元模式。老规矩，讲解之前再次熟悉下结构型模式包含：代理模式、适配器模式、桥接模式、装饰器模式、外观模式、享元模式、组合模式，共7种设计模式。

享元模式（Flyweight Pattern）

定义

享元（Flyweight）模式的定义：运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似类的开销，从而提高系统资源的利用率。解决创建大量相同或相似对象实例的问题。

解决问题

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，在有大量对象时，有可能会造成内存溢出，如果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，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。

实现

内部状态：即不会随着环境的改变而改变的可共享部分。

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。下面来分析其基本结构和实现方法。

结构

主要角色:

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。

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

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。

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，享元工厂检查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。

应用场景：

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。

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【数据分离形态】。

需要缓冲池的场景。

注意：

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。

这些类必须有一个工厂对象加以控制，控制对象的维护和获取，以及其他的业务设定。

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。

优点：

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。

大大减少对象的创建，降低系统的内存，使效率提高。

缺点：

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。

读取享元模式的外部状态会使得运行时间稍微变长。

代码实现：模拟在坐标系中绘制图形。

//抽象享元角色：Marker
public interface Maker {
void draw(Coordinate coordinate);
}
​​​​​​
//具体享元角色: CircleMaker
@Data
public class CircleMaker implements Maker {

@Override
public void draw(Coordinate coordinate) {
System.out.println("在X:"+coordinate.getX()+"Y:"+coordinate.getY()+"为圆点，绘制圆形");
}
}
​​​​​
//具体享元角色: RectangleMaker
@Data
public class RectangleMaker implements Maker {

@Override
public void draw(Coordinate coordinate) {
System.out.println("在X:"+coordinate.getX()+"Y:"+coordinate.getY()+"为中心点，绘制矩形");
}
}
​​​​​​​
//非享元角色：Coordinate
@Data
public class Coordinate {
private Double x;
private Double y;

Coordinate() {
}

Coordinate(Double x, Double y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
}

​​​​​​​

//限定获取结构：只能获取这些类型
public enum MakerType {
Circle("CircleMaker"),Rectangle("RectangleMaker");

private String name;
MakerType(String name){
this.name=name;
}
}

​​
//享元工厂角色：MakerFactory
@Data
public class MakerFactory {
private Map pool = new HashMap();

//初始化
public static MakerFactory builder() {
return new MakerFactory();

}

private MakerFactory() {
}

public Maker get(MakerType type) {
if (pool.get(type) == null) {
System.out.println(type.name()+"被创建了");
switch (type) {
case Circle:
set(type, new CircleMaker());
break;
case Rectangle:
set(type, new RectangleMaker());
break;
default:
}
}else{
System.out.println(type.name()+"已创建，无需创建");
}

return pool.get(type);

}

private void set(MakerType type, Maker maker) {
pool.put(type, maker);
}
}

​​​​​
//模拟客户端：ClientDemo
public class ClientDemo {
public static void main(String[] args) {
MakerFactory makerFactory = MakerFactory.builder();
Maker c1 = makerFactory.get(MakerType.Circle);
c1.draw(new Coordinate(1.0, 3.0));
System.out.println("\n");

Maker c2 = makerFactory.get(MakerType.Circle);
c2.draw(new Coordinate(2.0, 4.0));
System.out.println("\n");

Maker r1 = makerFactory.get(MakerType.Rectangle);
r1.draw(new Coordinate(10.0, 30.0));
System.out.println("\n");

Maker r2 = makerFactory.get(MakerType.Rectangle);
r2.draw(new Coordinate(120.0, 130.0));

}
}

扩展

在实际使用过程中，有时候会稍加改变，即存在两种特殊的享元模式：单纯享元模式和复合享元模式：
（1）单纯享元模式：这种享元模式中的所有的具体享元类都是可以共享的，不存在非共享的具体享元类。

（2）复合享元模式：这种享元模式中的有些享元对象是由一些单纯享元对象组合而成的，它们就是复合享元对象。虽然复合享元对象本身不能共享，但它们可以分解成单纯享元对象再被共享。

好了，关于享元模式的说明，馆长就先讲到这里。谢谢各位看官！！

23 种设计模式不是孤立存在的，很多模式之间存在一定的关联关系，在大的系统开发中常常同时使用多种设计模式，或者模式与模式之间的组合进行生成更加强大的程序功能。