【软考】设计模式之享元模式

1. 说明

• 1.享元设计模式（Flyweight Design Pattern）是一种常见的软件设计模式
• 2.属于结构型设计模式，对象结构型模式
• 3.目的：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象

2. 应用场景

• 1.类的结构改变较少，但经常要增加新的基于该结构的操作
• 2.需要对某一对象结构的对象进行很多不同的并且不相关的操作，而需要避免让这些操作污染这些对象的类，也不希望在新增操作时修改这些类

3. 结构图

4. 构成

• 1.享元模式的结构主要包含一下三个角色：抽象享元（Flyweight）角色、具体享元（Concrete Flyweight）角色和享元工厂（Flyweight Factory）角色
• 2.抽象享元（Flyweight）角色：通常是一个接口或抽象类，在其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），同时也可以设置外部数据（外部状态）。抽象享元角色规定了享元对象的统一接口，使得客户端可以透明地使用具体享元对象。
• 3.具体享元（Concrete Flyweight）角色：实现了抽象享元类，为其内部状态提供了存储空间。通常，可以结合单例模式来设计具体享元类，为每个具体享元类提供唯一的对象。具体享元对象是可以共享的，它们存储了不会随环境改变而改变的可共享状态。
• 4.享元工厂（Flyweight Factory）角色：负责创建和管理享元对象。当客户端请求一个享元对象时，享元工厂会检查是否已经存在具有相同内部状态的对象。如果存在，就返回已经存在的对象；如果不存在，就创建一个新的具体享元对象。享元工厂通常提供一个存储享元对象的享元池，用于缓存已经创建的享元对象。
• 5.并非所有的Flyweight子类都需要被共享。Flyweight接口使共享成为可能，但它并不强制共享。在Flyweight对象结构的某些层次，UnsharedConcreteFlyweight对象通常将ConcreteFlyweight对象作为子结点
• 6.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。

5. 适用性

• 1.一个应用程序使用了大量的对象
• 2.完全由于使用大量的对象，造成很大的存储开销
• 3.对象的大多数状态都可变为外部状态
• 4.如果删除对象的外部状态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象
• 5.应用程序不依赖于对象标识。由于Flyweight对象可以被共享，所以对于概念上明显有别的对象，标识测试将返回真值

6. java示例

• 1.抽象享元角色声明了具体享元类公共的方法

package com.learning.flyweight.bullet;

/**
 * 子弹的抽象享元类
 */
public interface Bullet {
    /**
     * 开火
     */
    void fire();

    /**
     * 设置子弹位置
     * @param x
     * @param y
     */
    void setPosition(int x, int y);

    /**
     * 重置子弹
     */
    void reset();
} 

• 2.具体享元角色

package com.learning.flyweight.bullet;

// 具体的子弹享元类
public class BulletImpl implements Bullet {
    private int x;
    private int y;

    @Override
    public void fire() {
        System.out.println("Bullet fired at position (" + x + ", " + y + ")");
    }

    @Override
    public void setPosition(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    @Override
    public void reset() {
        // 在这里重置子弹的状态，例如将其位置设置为默认值
        this.x = 0;
        this.y = 0;
        // 可以添加其他需要重置的字段或状态
    }
}

• 3.享元工厂角色

package com.learning.flyweight.bullet;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 子弹工厂（享元工厂）
class BulletFactory {
    private List<Bullet> list = new ArrayList<>();
  
    // 获取子弹对象  
    public Bullet getBullet() {  
        if (!list.isEmpty()) {
            // 如果有可用的子弹（即已经回收的子弹），则重用  
            Bullet bullet = list.remove(list.size() - 1);
            bullet.reset(); // 重置子弹状态  
            return bullet;  
        } else {  
            // 如果没有可用的子弹，则创建一个新的子弹  
            return new BulletImpl();  
        }  
    }  
  
    // 回收子弹对象  
    public void recycleBullet(Bullet bullet) {
        list.add(bullet); // 将子弹添加到池中以便将来重用
    }  
}  

• 4.客户端

package com.learning.flyweight.bullet;

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        BulletFactory bulletFactory = new BulletFactory();
        Bullet bullet = bulletFactory.getBullet();
        bullet.setPosition(100, 200);
        bullet.fire();
        // 一段时间后回收子弹（这里假设子弹在发射后立即回收）

        bulletFactory.recycleBullet(bullet);
        bullet = bulletFactory.getBullet();
        bullet.setPosition(50, 250);
        bullet.fire();
        // 一段时间后回收子弹（这里假设子弹在发射后立即回收）
        bulletFactory.recycleBullet(bullet);
    }
}

• 5.示例截图