结构型模式描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构，有以下两种：

• 类结构型模式：采用继承机制来组织接口和类。
• 对象结构型模式：釆用组合或聚合来组合对象。

由于组合关系或聚合关系比继承关系耦合度低，满足 “合成复用原则”，所以对象结构型模式比类结构型模式具有更大的灵活性。

结构型模式分为以下 7 种：

• 代理模式
• 适配器模式
• 装饰者模式
• 桥接模式
• 外观模式
• 组合模式
• ==享元模式==

5.7 享元模式

5.7.1 概述

享元模式：运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用，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、避免大量相似对象的开销，从而提高系统资源的利用率。

5.7.2 结构

享元（Flyweight ）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。

享元模式的主要有以下角色：

• 抽象享元角色（Flyweight）：通常是一个接口或抽象类，在抽象享元类中声明了具体享元类公共的方法，这些方法可以向外界提供享元对象的内部数据（内部状态），同时也可以通过这些方法来设置外部数据（外部状态）。
• 具体享元（Concrete Flyweight）角色 ：它实现了抽象享元类，称为享元对象；在具体享元类中为内部状态提供了存储空间。通常我们可以结合单例模式来设计具体享元类，为每一个具体享元类提供唯一的享元对象。
• 非享元（Unsharable Flyweight)角色 ：并不是所有的抽象享元类的子类都需要被共享，不能被共享的子类可设计为非共享具体享元类；当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建。
• 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。

5.7.3 案例实现

【例】俄罗斯方块

下面的图片是众所周知的俄罗斯方块中的一个个方块，如果在俄罗斯方块这个游戏中，每个不同的方块都是一个实例对象，这些对象就要占用很多的内存空间，下面利用享元模式进行实现。

类图如下：

俄罗斯方块有不同的形状，可以对这些形状向上抽取出 AbstractBox，用来定义共性的属性和行为。

/**
 * 抽象享元角色
 */
public abstract class AbstractBox {
    // 获取图形的方法
    public abstract String getShape();
    // 显示图形及颜色
    public void display(String color) {
        System.out.println("方块形状：" + getShape() + ", 颜色：" + color);
    }
}

接下来就是定义不同的形状，IBox 类、LBox 类、OBox 类等。

/**
 * 具体享元角色
 */
public class IBox extends AbstractBox {
    public String getShape() {
        return "I";
    }
}
public class LBox extends AbstractBox {
    public String getShape() {
        return "L";
    }
}
public class OBox extends AbstractBox {
    public String getShape() {
        return "O";
    }
}

提供一个工厂类 BoxFactory，用来管理享元对象（也就是 AbstractBox 子类对象），该工厂类对象只需要一个，所以可以使用单例模式，并给工厂类提供一个获取形状的方法。

public class BoxFactory {
    private static BoxFactory factory = new BoxFactory();
    private HashMap<String, AbstractBox> map;
    // 在构造方法中进行初始化操作
    private BoxFactory() {
        map = new HashMap<>();
        map.put("I", new IBox());
        map.put("L", new LBox());
        map.put("O", new OBox());
    }
    // 提供一个方法获取该工厂类对象
    public static BoxFactory getInstance() {
        return factory;
    }
    // 根据名称获取图形对象
    public AbstractBox getShape(String name) {
        return map.get(name);
    }
}

测试类：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 获取I图形对象
        AbstractBox box1 = BoxFactory.getInstance().getShape("I");
        box1.display("灰色");
        // 获取L图形对象
        AbstractBox box2 = BoxFactory.getInstance().getShape("L");
        box2.display("绿色");
        // 获取O图形对象
        AbstractBox box3 = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
        box3.display("灰色");
        // 获取O图形对象
        AbstractBox box4 = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
        box4.display("红色");

        System.out.println("两次获取到的O图形对象是否是同一个对象：" + (box3 == box4));
    }
}

5.7.4 优缺点和使用场景

优点：

• 极大减少内存中相似或相同对象数量，节约系统资源，提供系统性能
• 享元模式中的外部状态相对独立，且不影响内部状态

缺点：

• 为了使对象可以共享，需要将享元对象的部分状态外部化，分离内部状态和外部状态，使程序逻辑复杂

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。

5.7.5 JDK 源码 - Integer

Integer 类使用了享元模式。先看如下例子：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Integer i1 = 127;
        Integer i2 = 127;
        System.out.println("i1和i2对象是否是同一个对象？" + (i1 == i2));

        Integer i3 = 128;
        Integer i4 = 128;
        System.out.println("i3和i4对象是否是同一个对象？" + (i3 == i4));
    }
}

运行结果如下：

为什么第一个输出语句输出的是 true，第二个输出语句输出的是 false？通过反编译软件进行反编译，代码如下：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Integer i1 = Integer.valueOf((int)127);
        Integer i2 Integer.valueOf((int)127);
        System.out.println((String)new StringBuilder().append((String)"i1\u548ci2\u5bf9\u8c61\u662f\u5426\u662f\u540c\u4e00\u4e2a\u5bf9\u8c61\uff1f").append((boolean)(i1 == i2)).toString());
        Integer i3 = Integer.valueOf((int)128);
        Integer i4 = Integer.valueOf((int)128);
        System.out.println((String)new StringBuilder().append((String)"i3\u548ci4\u5bf9\u8c61\u662f\u5426\u662f\u540c\u4e00\u4e2a\u5bf9\u8c61\uff1f").append((boolean)(i3 == i4)).toString());
    }
}

上面代码可以看到，直接给 Integer 类型的变量赋值基本数据类型数据的操作底层使用的是 valueOf() ，所以只需要看该方法即可。

public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {
    
    public static Integer valueOf(int i) {
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
    }
    
    private static class IntegerCache {
        static final int low = -128;
        static final int high;
        static final Integer cache[];

        static {
            int h = 127;
            String integerCacheHighPropValue =
                sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
            if (integerCacheHighPropValue != null) {
                try {
                    int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                    i = Math.max(i, 127);
                    // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                    h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
                } catch( NumberFormatException nfe) {
                }
            }
            high = h;
            cache = new Integer[(high - low) + 1];
            int j = low;
            for(int k = 0; k < cache.length; k++)
                cache[k] = new Integer(j++);
            // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
            assert IntegerCache.high >= 127;
        }

        private IntegerCache() {}
    }
}

可以看到 Integer 默认先创建并缓存 -128 ~ 127 之间数的 Integer 对象，当调用 valueOf 时如果参数在 -128 ~ 127 之间则计算下标并从缓存中返回，否则创建一个新的 Integer 对象。