享元模式

1 定义

享元模式(Flyweight Pattern):运用共享技术有效的支持大量细粒度对象的复用.系统只是用少量的对象,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的对象,因此它又称轻量级模式,是一种对象结构型模式.

2 享元模式结构图

Flyweight（抽象享元类）：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）。

ConcreteFlyweight（具体享元类）：它实现了抽象享元类，其实例称为享元对象；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。

UnsharedConcreteFlyweight（非共享具体享元类）：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。

FlyweightFactory（享元工厂类）：享元工厂类用于创建并管理享元对象，它针对抽象享元类编程，将各种类型的具体享元对象存储在一个享元池中，享元池一般设计为一个存储“键值对”的集合（也可以是其他类型的集合），可以结合工厂模式进行设计；当用户请求一个具体享元对象时，享元工厂提供一个存储在享元池中已创建的实例或者创建一个新的实例（如果不存在的话），返回新创建的实例并将其存储在享元池中。

3 代码实现

例子:如下图所示开发一个围棋软件,棋子的形状,大小都一样,只是位置不通,其设计图如下:

代码如下:

abstract class IgoChessman {
    public abstract String getColor();
    public void display(Coordinates coordinates) {
        System.out.println("棋子颜色：" + this.getColor()+"棋子位子:"+coordinates.getX()+","+coordinates.getY());
    }
}

public class WhiteIgoChessman extends IgoChessman{
    @Override
    public String getColor() {
        return "白色";
    }
}

class BlackIgoChessman extends IgoChessman {
    @Override
    public String getColor() {
        return "黑色";
    }
}

public class Coordinates {

    private int x;
    private int y;

    public Coordinates(int x,int y){
        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;
    }
}

public class IgoChessmanFactory {
    private static IgoChessmanFactory instance = new IgoChessmanFactory();
    private static Hashtable<String,IgoChessman> ht;//使用Hashtable来存储享元对象,充当享元池

    private IgoChessmanFactory(){
        ht = new Hashtable<String,IgoChessman>();
        IgoChessman black,white;
        black = new BlackIgoChessman();
        white = new WhiteIgoChessman();
        ht.put("b", black);
        ht.put("w", white);
    }

    public static IgoChessmanFactory getInstance(){
        return instance;
    }
    public IgoChessman getIgoChessman(String color){
        return ht.get(color);
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        IgoChessman black1,black2,white1,white2;
        IgoChessmanFactory factory;

        //获取享元工厂对象
        factory = IgoChessmanFactory.getInstance();

        //获取棋子
        black1 = factory.getIgoChessman("b");
        black2 = factory.getIgoChessman("b");
        white1 = factory.getIgoChessman("w");
        white2 = factory.getIgoChessman("w");

        //判断棋子是否相同
        System.out.println(black1==black2);
        System.out.println(white1==white2);

        black1.display(new Coordinates(1,2));
        black2.display(new Coordinates(3,2));
        white1.display(new Coordinates(3,5));
    }
}

4 优缺点及适用场景

主要优点:
1)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。
2)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。
主要缺点:
1)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。
2)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。
适用场景:
1)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。
2)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。
3)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。