[23种设计模式][结构型]23.享元模式

NiceBen
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1.享元（Flyweight）模式概念：

面向对象的思想很好地解决了抽象性的问题，一般也不会出现性能上的问题。但是在某些情况下，对象的数量可能会太多，从而导致了运行时的代价。那么我们如何去避免大量细粒度的对象，同时又不影响客户程序面向对象的方式进行操作？

2.意图：

运行共享技术有效地支持大量细粒度的对象

3.享元模式的构成：

  1. 抽象享元角色（Flyweight）：声明一个接口，通过它可以接收外来的参数（状态），并对新状态作出处理
  2. 共享具体享元类（Shared Concrete Flyweight）：实现Flyweight接口，并为内部状态（如果有的话）增加存储空间，Shared Concrete Flyweight对象必须是可共享的，它所存储的状态必须是内部的，即它独立存在于自己的环境中
  3. 不共享具体享元类（Unshared Concrete Flyweight）：不能共享的享元类，又叫做复合享元类。一个复合享元对象是由多个单享元对象组成，这些组成的对象是可以共享的，但是复合享元类本身并不能共享
  4. 轻量级类工厂（Flyweight Factory）：
    • 创建并管理Flyweight对象
    • 确保享用Flyweight。当用户请求一个Flyweight时，Flyweight Factory提供一个已创建的示例或创建一个实例（如果不存在）
  5. 客户端（Client）：
    • 维持一个对Flyweight的引用
    • 计算或存储一个或多个Flyweight的外部状态。

4.享元模式UML类图：

Image.png

5.享元模式UML序列图：

Image.png

6.处理过程：

客户初次从轻量级类工厂取Flyweight时，轻量级类工厂创建一个新的具体Flyweight对象，并保存起来，下次客户取用时，就无需再进行创建了，直接在保存池中返回。客户端负责处理Flyweight的状态。

7.享元模式：

  • 享元的英文是Flyweight，它是一个来自体育方面的专业用语，在拳击、摔跤和举重比赛中特指最轻量级的级别。把这个单词移植到软件工程里面，也是用来表示特别小的对象，即细粒度对象。至于为什么我们把Flyweight翻译为“享元”，可以理解为共享元对象，也就是共享细粒度对象。享元模式就是通过使用共享的方式，达到高效地支持大量的细粒度对象。它的目的就是节省占用的空间资源，从而实现系统性能的改善。
  • 我们把享元对象的所有状态分为两类，其实前面的例子中letter和fantasize属性在运行时，就形成了两类不同的状态。
  • 享元对象的第一类状态称为内蕴状态（Internal State）。它不会随环境改变而改变，存储在享元对象内部，因此内蕴状态是可以共享的，对于任何一个享元对象来说，它的值是完全相同的。我们例子中Character类的letter属性，它代表的状态就是内蕴状态。
  • 享元对象的第二类状态称为外蕴状态（External State）。它会随环境的改变而改变，因此是不可以共享的状态，对于不同的享元对象来讲，它的值可能是不同的。享元对象的外蕴状态必须有客户端保存，在享元对象被创建之后，需要使用的时候在传入到享元对象内部。我们例子中Character类的fantasize属性，它代表的状态就是外蕴状态。
  • 享元的外蕴状态于内蕴状态是两类互相独立的状态，彼此没有关联。

8.适用性：

  • 系统需要存在大量的对象而共享某些本质的，不变的信息。
  • 对象可以同时用于多个环境下。
  • 在每个实例下，Flyweight可以作为一个独立的对象。

9.代码示例：

Image.png

抽象享元角色：

public abstract class Character {

    protected char letter;

    protected int fontSize;

    public abstract void display();

    public abstract void mySetFontSize(int fontSize);

    protected int getFontSize() {
        return fontSize;
    }

    protected void setFontSize(int fontSize) {
        this.fontSize = fontSize;
    }
}

共享具体享元角色A：

public class CharacterA extends Character {

    public CharacterA() {
        this.letter = 'A';
        this.fontSize = 12;
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println(this.letter + " " + this.fontSize);
    }

    @Override
    public void mySetFontSize(int fontSize) {
        this.fontSize = fontSize;
    }
}

共享具体享元角色B：

public class CharacterB extends Character {

    public CharacterB() {
        this.letter = 'B';
        this.fontSize = 12;
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println(this.letter + " " + this.fontSize);
    }

    @Override
    public void mySetFontSize(int fontSize) {
        this.fontSize = fontSize;
    }
}

轻量级类工厂：

public class CharacterFactory {

    private Hashtable characters = new Hashtable();

    private static CharacterFactory instance;

    private CharacterFactory() {
        characters.put("A", new CharacterA());
        characters.put("B", new CharacterB());
    }

    // 一定要保证工厂是单例的
    public static CharacterFactory getInstance() {
        if (null == instance) {
            instance = new CharacterFactory();
        }

        return instance;
    }

    // 此处才是享元模式的关键所在
    public Character getCharacter(String key) {
        Character character = (Character) characters.get(key);

        if (null == character) {
            switch (key) {
                case "A":
                    character = new CharacterA();
                    break;
                case "B":
                    character = new CharacterB();
                    break;
            }
            characters.put(key, character);
        }
        return character;
    }
}

客户角色：

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        CharacterFactory factory = CharacterFactory.getInstance();

        Character a = factory.getCharacter("A");
        a.setFontSize(20);
        a.display();

        System.out.println("-------");

//        Character a2 = factory.getCharacter("A");
//        a2.display();

        Character b = factory.getCharacter("B");
        b.setFontSize(24);
        b.display();
    }
}
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