結構型模式之享元模式

享元模式（Flyweight Pattern）是池技術的重要實現方式，可以降低大量重覆的、細粒度的類在記憶體中的開銷。

定義：

• 使用共用對象可有效地支持大量的細粒度對象。
• 以共用的方式高效地支持大量的細粒度對象。享元對象能做到共用的關鍵是區分內部狀態（Internal State）和外部狀態（External State）。

1. 內部狀態是存儲在享元對象內部的、可以共用的信息，並且不會隨環境改變而改變。
2. 外部狀態是隨環境改變而改變且不可以共用的狀態。享元對象的外部狀態必須由客戶端保存，併在享元對象被創建後，在需要使用的時候再傳入到享元對象內部。

享元模式的類圖如下所示。

享元模式具有以下4個角色：

• 抽象享元（Flyweight）角色：對享元類進行抽象，需要外部狀態的操作可以通過參數的形式將外部狀態傳入。
• 具體享元（ConcreteFlyweight）角色：實現抽象享元定義的業務，註意享元對象的內部狀態必須與環境無關，從而使得享元對象可以在系統內共用。
• 享元工廠（FlyweightFactory）角色：構造一個池容器，負責創建和管理享元角色，並提供從池容器中獲得對象的方法，保證享元對象可以被系統適當的共用。當一個客戶端對象請求一個享元對象時，享元工廠角色會檢查系統中是否已經有一個符合要求的享元對象。如果已經有了，享元工廠則提供這個已有的享元對象，否則創建一個合適的享元對象。
• 客戶端角色：自行存儲所有享元對象的外部狀態。

Flyweight.java

public interface Flyweight {
    // 業務方法
    public abstract void operation(String extrinsicState);
}

ConcreteFlyweight.java

public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
    private String intrinsicState;// 內部狀態
    public ConcreteFlyweight(String intrinsicState) {
        this.intrinsicState = intrinsicState;
    }
    @Override
    public void operation(String extrinsicState) {
        System.out.println("內部狀態" + intrinsicState + ",外部狀態：" + extrinsicState);
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "內部狀態=" + intrinsicState;
    }
}

FlyweightFactory.java

public class FlyweightFactory {
    private static Map<String, Flyweight> pool = new HashMap<String, Flyweight>();
    private FlyweightFactory(){} // 私有構造方法
    public static Flyweight getFlyweight(String intrinsicState) {
        Flyweight flyweight = pool.get(intrinsicState);
        if (flyweight == null) {
            flyweight = new ConcreteFlyweight(intrinsicState);
            pool.put(intrinsicState, flyweight);
        }
        return flyweight;
    }
}

Client.java

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Flyweight flyweight = FlyweightFactory.getFlyweight("" + i);
            flyweight.operation("" + (i + 1));
        }
        Flyweight flyweight = FlyweightFactory.getFlyweight("0");
        System.out.println(flyweight);
    }
}

優點：

• 大幅減少記憶體中對象的數量，降低程式記憶體的占用，提高性能。但是相應付出的代價也很高。

缺點：

• 享元模式增加了系統的複雜性，需要分出外部狀態和內部狀態，而且內部狀態具有固化特性，不應該隨外部狀態改變而改變，使得程式邏輯複雜化。
• 享元對象將享元對象的狀態外部化，而讀取外部狀態使得運行時間變長。

使用場景：

• 系統中有大量相似對象，這些對象耗費大量記憶體。
• 細粒度的對象都具備較接近的外部狀態，而且內部狀態與環境無關，即對象沒有特定身份。
• 需要緩衝池的場景。

摘自：

青島東合信息技術有限公司 . 設計模式（Java版） .  電子工業出版社，2012，103-105.