【设计模式In Java】十、享元模式

享元模式

定义

享元模式(Flyweight Pattern)：运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。系统只使用少量的对象，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对象，因此它又称为轻量级模式，它是一种对象结构型模式。

场景

现有一个代理程序，接受用户的请求然后连接到目标主机上获取信息，然后返回给用户，其中目标主机只有一台，但是不同的业务数据可能会通过不同的连接方式获取，比如SHH、GRPC、TCP等。假设我们每次连接时都创建一个新的连接对象，不仅创建过程会消耗资源，甚至会因为任务拥堵导致创建大量相同的连接对象（同一个主机发起很多请求），它们之间的区别仅仅是请求不同，这时可以使用享元模式，把相同主机的连接对象保存起来，遇到相同的连接可以直接复用，这里只模拟连接目标主机的情况。

UML类图

简单的享元模式：

结合组合模式的享元模式：

代码

flyweight
示例：

public class TestFlyWeight {

    @Test
    public void test(){
        Connection sshConnection = ConnectionFactory.getConnection(ConnectionType.SSH);
        Connection grpcConnection = ConnectionFactory.getConnection(ConnectionType.GRPC);
        Connection tcpConnection = ConnectionFactory.getConnection(ConnectionType.TCP);

        sshConnection.connect();
        sshConnection.request("ssh cmd");
        grpcConnection.connect();
        grpcConnection.request("grpc cmd");
        tcpConnection.connect();
        tcpConnection.request("tcp cmd");

        Connection sshConnection1 = ConnectionFactory.getConnection(ConnectionType.SSH);
        Connection grpcConnection1 = ConnectionFactory.getConnection(ConnectionType.GRPC);
        Connection tcpConnection1 = ConnectionFactory.getConnection(ConnectionType.TCP);
        System.out.println(sshConnection1 == sshConnection);//true
        System.out.println(grpcConnection1 == grpcConnection);//true
        System.out.println(tcpConnection1 == tcpConnection);//true

        Connections connections = new Connections();
        connections.addConnections(Arrays.asList(sshConnection,grpcConnection1,tcpConnection1));
        connections.connect();
        connections.request("ssh cmd or grpc cmd");
        connections.shutdown();

    }

}

总结

当系统中存在大量相同或者相似的对象时，享元模式是一种较好的解决方案，它通过共享技术实现相同或相似的细粒度对象的复用，从而节约了内存空间，提高了系统性能。相比其他结构型设计模式，享元模式的使用频率并不算太高，但是作为一种以“节约内存，提高性能”为出发点的设计模式，它在软件开发中还是得到了一定程度的应用。

享元对象拥有内部状态和外部状态：内部状态是享元对象的公共状态，不会随环境变化而变化，比如本例中的连接ip；外部状态会跟随环境变化而变化，比如本例中执行的具体命令。普通享元模式的具体对象可以共享内部状态，但外部状态可能不同，但可以借助组合模式，让这些外部状态包装在组合里，外部状态看起来就会一致。内部状态和外部状态的分离给设计和理解带来困难，很多情况下内外部状态分离会导致设计的困难以及运行效率的降低，比如IO模块，如果公用一个通道，多个读取请求可能会出现等待，如果使用并发和异步IO，程序的设计、理解和维护又变得困难。

享元模式适用于那些可能出现大量相似对象，使用频率很高，并且可以区分出内部状态和外部状态的场景中，由于程序会在内存中维护一个享元池，如果享元对象使用的频率并不高，可能会造成内存浪费，可以需结合缓存、过期等技术来协调。