享元模式（Flyweight Pattern）

什么是享元模式？

享元模式（FlyWeight Pattern），运用共享技术有效的支持大量细粒度的对象。它使用共享物件，用来尽可能减少内存使用量以及分享资讯给尽可能多的相似物件；它适合用于只是因重复而导致使用无法令人接受的大量内存的大量物件。通常物件中的部分状态是可以分享。常见做法是把它们放在外部数据结构，当需要使用时再将它们传递给享元。这种类型的设计模式属于结构型模式。

核心

• 享元模式以共享的方式高效地支持大量细粒度对象的重用。
• 享元对象能做到共享的关键是区分了内部状态和外部状态。
  
  • 内部状态：可以共享，不会随环境变化而改变。
  • 外部状态：不可以共享，会随环境变化而改变。

场景

• 内存属于稀缺资源，不要随便浪费。如果有很多个完全相同或相似的对象，我们可以通过享元模式节省内存。

享元模式的实现

FlyweightFactory享元工厂类：
- 创建并管理享元对象，享元池一般设计成键值对。

FlyWeight抽象享元类：
- 通常是一个接口或抽象类，声明公共方法，这些方法可以向外界提供对象的内部状态，设置外部状态。

ConcreteFlyWeight具体享元类：
- 为内部状态提供成员变量进行存储。

UnshareConcreteFlyWeight非共享享元类：
- 不能被共享的子类可以设计为非共享享元类。

结构图

享元模式开发中应用的场景

• 享元模式由于其共享的特性，可以在任何“池”中操作，比如：线程池，数据库连接池。
• String类的设计也是享元模式。

优点

• 极大减少内存中对象的数量。
• 相同或相似对象中只存一份，极大的节约资源，提高系统性能。
• 外部状态相对独立，不影响内部状态。

缺点

• 模式较复杂，使程序逻辑复杂变化。
• 为了节省内存，共享了内部这状态，分离出外部状态，而读取外部状态使运行时间变长。用时间换取了空间。

举例

围棋软件的设计

每个围棋棋子都是一个对象，有如下属性：
- 内部状态：颜色，形状，大小。
- 外部状态：位置。

类图

代码

FlyweightFactory享元工厂类：

package com.match.flyweight;

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

/**
 * 棋子的享元工厂类
 * @author Match
 *
 */
public class ChessFlyWeightFactory
{
    //享元池
    private static Map<String,ChessFlyWeight> map = new HashMap<String,ChessFlyWeight>();

    public static ChessFlyWeight getChess(String color)
    {
        if(map.get(color)!=null)
        {
            return map.get(color);
        }
        else
        {
            ChessFlyWeight cfw = new ConcreteChess(color);
            map.put(color, cfw);
            return cfw;
        }
    }
}

FlyWeight抽象享元类：

package com.match.flyweight;

/**
 * 棋子的抽象享元类
 * @author Administrator
 *
 */
public interface ChessFlyWeight 
{
    void setColor(String c);
    String getColor();
    void display(Coordinate c);
}

ConcreteFlyWeight具体享元类：

package com.match.flyweight;

/**
 * 棋子的具体享元类
 * @author Match
 *
 */
public class ConcreteChess implements ChessFlyWeight
{
    private String color;

    public ConcreteChess(String color)
    {
        super();
        this.color = color;
    }

    @Override
    public void display(Coordinate c)
    {
        System.out.println("棋子颜色："+color);
        System.out.println("棋子位置："+c.getX()+"----"+c.getY());
    }

    @Override
    public String getColor()
    {
        return color;
    }

    @Override
    public void setColor(String c)
    {
        this.color = c;
    }   
}

UnshareConcreteFlyWeight非共享享元类：

package com.match.flyweight;

/**
 * 外部状态UnSharedConcreteFlyWeight
 * @author Match
 *
 */
public class Coordinate
{
    private int x,y;

    public Coordinate(int x, int y)
    {
        super();
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    public int getX()
    {
        return x;
    }

    public void setX(int x)
    {
        this.x = x;
    }

    public int getY()
    {
        return y;
    }

    public void setY(int y)
    {
        this.y = y;
    }   
}

客户端：

package com.match.flyweight;

public class Client
{
    public static void main(String[] args)
    {
        ChessFlyWeight chess1 = ChessFlyWeightFactory.getChess("黑色");
        ChessFlyWeight chess2 = ChessFlyWeightFactory.getChess("黑色");

        System.out.println(chess1);
        System.out.println(chess2);

        System.out.println("----增加外部状态的处理----");
        chess1.display(new Coordinate(10,10));
        chess2.display(new Coordinate(20,20));
    }
}

测试输出：

com.match.flyweight.ConcreteChess@15db9742
com.match.flyweight.ConcreteChess@15db9742
----增加外部状态的处理----
棋子颜色：黑色
棋子位置：10----10
棋子颜色：黑色
棋子位置：20----20