設計模式之（11）——享元模式

Hello，我是你們的好朋友小烤鴨，這過了個中秋節，胡吃海喝了兩日，學習拉下了，今天返崗，繼續把我們的設計模式撿起，希望我能堅持完這個系列吧，下麵我們就進入正題吧。在軟體開發過程中，我們需要重覆使用某個對象的時候，如果重覆地new這個對象，不停地申請記憶體空間，會造成記憶體空間的極大浪費，在之後程式運 ...

　　Hello，我是你們的好朋友小烤鴨，這過了個中秋節，胡吃海喝了兩日，學習拉下了，今天返崗，繼續把我們的設計模式撿起，希望我能堅持完這個系列吧，下麵我們就進入正題吧。

　　在軟體開發過程中，我們需要重覆使用某個對象的時候，如果重覆地new這個對象，不停地申請記憶體空間，會造成記憶體空間的極大浪費，在之後程式運行過程中也可能會產生大量的垃圾對象，給伺服器的垃圾回收帶來極大壓力，那麼我們從軟體設計的角度該如何解決這個問題呢？單例模式就可以解決這個問題了。在之前的單例模式中我們提到“單例模式提供了一個全局訪問點，來訪問其唯一的實例對象”，單例模式強調系統中有且僅有唯一的實例對象。

　　更進一步，假如系統中就是需要創建多個（並不是無限制）相同或者相似（也有可能相同）的對象，那我們該如何處理呢？比如資料庫連接，使用的時候不可能每次都創建和銷毀，當然也不能使用單例只創建一個連接，負責處理所有的客戶端請求，我們可以使用數據連接池技術，創建一定數量的連接的緩存，使用的時直接拿出來使用就可以了，這種模式從創建對象的角度來看也算是“享元模式”的一種典型應用，下麵我們就來學習一下該模式。

　　定義：享元模式（FlyWeight Pattern）主要用來減少創建對象的數量，以減少記憶體占用，達到提高性能目的，這種模式也屬於結構型設計模式，享元模式嘗試復用現有的同類對象，如果未找到匹配對象，則創建新對象，此模式是一種專門為提升系統性能而生的設計模式。　

　　要理解享元模式，先來瞭解兩個概念，內部狀態和外部狀態：

　　內部狀態：在享元對象內部不隨外界環境改變而改變的共用部分；

　　外部狀態：隨著環境的改變而改變，不能功能構想的狀態就是外部狀態；

　　享元模式區分了內部狀態和外部狀態，所以我們可以通過設置不同的外部狀態使得相同的對象可以具備一些不同的特性，而內部狀態則設置為相同的共用部分。

　　享元模式結構圖：

　　角色分析：

　　1、Flyweight:抽象的享元角色，通常是一個介面或者抽象類，在抽象享元角色中聲明瞭具體享元角色中的公共方法，這些方法可以向外界提供享元對象的內部數據（內部狀態），同時也可以通過這些方法來設置外部數據（外部狀態）

　　2、ConcreteFlyweight:具體享元角色，繼承或實現Flyweight介面，稱為享元對象，通常結合單例模式來設計具體享元類，為每一個享元類提供唯一的享元對象；

　　3、UnsharedConcreteFlyweight:指那些不需要共用的Flyweight子類，它並不強制共用；

　　4、FlyweightFactory:用來創建並管理Flyweight對象，主要用來確保合理第共用Flyweight，當用戶請求一個Flyweight時，FlyweightFactory工廠提供一個已經創建的實例或者新創建一個（如果不存在的話）；

　　舉例分析：

　　例如我們小時經常俄羅斯方塊游戲，它每次落下來的圖形都不一定相同，假如我們每次都new一個圖形的話那麼會占用大量記憶體，體驗並不好；其實玩久了我們會發現，它每次落下來的圖形就那麼幾種，包括“L”型、“M”型、“Z”型、“S”型、“I”型等有限的幾種類型，那麼我們就可以將這有限的幾種類型抽象出來，用享元模式來實現，為了更好地說明享元模式，再高級一點我們給這些圖形還帶上顏色，下麵我們就來具體分析吧：

示例代碼：　　

package cn.com.pep.model.flyweight;

/**
 * 
 * @Title: AbstaractBox
 * @Description: Flyweight:抽象享元角色，聲明瞭具體享元角色中的方法，向外界提供享元對象的內部狀態，同時也可以通過這些方法來設置對象的外部狀態
 * @author wwh
 * @date 2022-9-13 14:14:22
 */
public abstract class AbstaractBox{

    /**
     * @Title: getShape
     * @Description: 向外界提供享元對象的內部狀態，即形狀。
     * @return
     */
    public abstract String getShape();

    /**
     * @Title: display
     * @Description: 通過此方法來設置對象的外部狀態
     * @param color
     */
    public void display(String color) {
        System.err.println("本次落下來的圖形是：" + this.getShape() + ",顏色是：" + color);
    }

}

package cn.com.pep.model.flyweight;
/**
 * 
 * @Title: IBox  
 * @Description:  具體享元角色，為每一個享元類提供唯一的實例
 * @author wwh 
 * @date 2022-9-13 14:23:28
 */
public class IBox extends AbstaractBox{

    @Override
    public String getShape() {
        return "IBox";
    }

}

package cn.com.pep.model.flyweight;
/**
 * 
 * @Title: MBox  
 * @Description:   具體享元角色，為每一個享元類提供唯一的實例
 * @author wwh 
 * @date 2022-9-13 14:25:04
 */
public class MBox extends AbstaractBox{

    @Override
    public String getShape() {
        return "MBox";
    }

}

package cn.com.pep.model.flyweight;
/**
 * 
 * @Title: ZBox  
 * @Description:   具體享元角色，為每一個享元類提供唯一的實例
 * @author wwh 
 * @date 2022-9-13 14:25:52
 */
public class ZBox extends AbstaractBox{

    @Override
    public String getShape() {
        return "ZBox";
    }

}

package cn.com.pep.model.flyweight;

import java.util.HashMap;

/**
 * 
 * @Title: BoxFactory
 * @Description:享元工廠，用來創建並管理Flyweight對象，當用戶請求一個Flyweight對象時，FlyweightFactory工廠提供一個已經創建的實例或者新創建一個實例；
 * @author wwh
 * @date 2022-9-13 14:26:27
 */
public class BoxFactory {
　　/**
　　　* 創建一個池，用來緩存需要共用的享元對象
　　  */　　
　　 private static HashMap<String, AbstaractBox> map = new HashMap<>();

    public BoxFactory() {
        map.put("I", new IBox());
        map.put("M", new MBox());
        map.put("Z", new ZBox());
    }
    
    private static class SingtonHolder{
        private static final BoxFactory INSTANCE = new BoxFactory();
    }
    
    /**
     * @Title: getFactory 
     * @Description:  
     * @return
     */
    public static final BoxFactory getFactory() {
        return SingtonHolder.INSTANCE;
    }
    
    /**
     * @Title: getBox 
     * @Description:  
     * @param box
     * @return
     */
    public AbstaractBox getBox(String box) {
        if (map.containsKey(box)) {
            return map.get(box);
        }
        return null;
    }

}

package cn.com.pep.model.flyweight;

/**
 * 
 * @Title: FlyweightPatternDemo  
 * @Description:  測試類
 * @author wwh 
 * @date 2022-9-13 14:36:49
 */
public class FlyweightPatternDemo {
    
    public static void main(String[] args) {
        BoxFactory factory = BoxFactory.getFactory();
        AbstaractBox box = factory.getBox("I");
        box.display("紅色");//傳入外部狀態--顏色
        box.display("白色");
        
        System.err.println(box);//列印“內部狀態”
        factory.getBox("I");
        System.err.println(box);//再次列印“內部狀態”
    }
}

　測試結果：

　UML類圖：

　　　在上面這個例子中，圖形的形狀就是內部狀態，而顏色我們就可以認為是外部狀態。外部狀態是相互獨立的，而且不影響內部狀態。

　　享元模式的優缺點和使用場景：

　　優點：極大地減少了記憶體中相似或者相同對象的數量，節約系統資源、提高系統性能；外部狀態相互獨立，不影響內部狀態；

　　缺點：為了使對象可以共用，需要分離外部狀態和內部狀態，是程式邏輯複雜；

　　使用場景：

　　　　1、一個系統中有大量相同或者相似的對象，造成記憶體的大量耗費；

　　　　2、對象的大部分狀態都可以外部化，可以將這些外部狀態傳入到對象中；

　　享元模式和單例模式比較：

　　單例模式和享元模式都可以減少系統中對象的創建數量，但是兩者還有一些區別，主要包括以下方面的內容：

　　1、享元模式可以再次創建對象，也可以獲取緩存的對象，單例模式嚴格控制單個進程中只有一個實例對象；

　　2、享元模式可以通過享元工廠實現對外部的單例，也可以在需要的時候創建更多的實例，單例模式是自身控制，需要增加不屬於改對象本身的邏輯；

　　3、兩者都可以實現節省對象的創建；

　　在JDK中的應用：

　　ThreadPool線程池、第三方提供的資料庫連接池、JDK中的字元串常量池等都使用了享元模式、Integer中也有類似的代碼；　　

public static Integer valueOf(int i) {
        if (!$assertionsDisabled && IntegerCache.high < 127)
            throw new AssertionError();
        if (i >= -128 && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + 128];
        else
            return new Integer(i);
    }