享元模式（Flyweight Pattern）

意图

运用共享技术来有効地支持大量细粒度对象的复用。

相同对象只要保存一份，这降低了系统中对象的数量，从而降低了系统中细粒度对象给内存带来的压力。

动机

在面向对象程序设计过程中，有时会面临要创建大量相同或相似对象实例的问题。创建那么多的对象将会耗费很多的系统资源，如果能把它们相同的部分提取出来共享，则能节省大量的系统资源。

适用性

享元模式的应用场景如：

• 系统中存在大量相同或相似的对象，这些对象耗费大量的内存资源。
• 大部分的对象可以按照内部状态进行分组，且可将不同部分外部化，这样每一个组只需保存一个内部状态。
• 由于享元模式需要额外维护一个保存享元的数据结构，所以应当在有足够多的享元实例时才值得使用享元模式。

结构

享元模式中存在以下两种状态：

• 内部状态，即不会随着环境的改变而改变的可共享部分；
• 外部状态，指随环境改变而改变的不可以共享的部分。享元模式的实现关键在于区分应用中的这两种状态，并将外部状态外部化。

享元模式的主要角色有：

• 抽象享元类（Flyweight）:是所有的具体享元类的基类，为具体享元规范需要实现的公共接口，非享元的外部状态以参数的形式通过方法传入。
• 具体享元类（ConcreteFlyweight）：实现 Flyweight 的接口。
• 非共享具体类（UnshareConcreteFlyweight)：不参与共享的外部状态，它以参数的形式注入具体享元的相关方法中。
• 享元工厂类（FlyweightFactory）：负责创建和管理具体享元类。

实现

// 享元接口（抽象享元类）
public interface Flyweight {	
	void operation(String state);
}

// 具体享元类
public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
	
	// 内部状态，同一个享元对象的内部状态相同
	private String intrinsicState;

	public ConcreteFlyweight(String intrinsicState) {
		this.intrinsicState = intrinsicState;
		System.out.println("创建具体享元对象，内部状态为" + intrinsicState);
	}

	//根据外部状态进行逻辑处理
	@Override
	public void operation(String extrinsicState) {
		System.out.println("Object address: " + System.identityHashCode(this));
        System.out.println("intrinsicState: " + intrinsicState);
        System.out.println("extrinsicState: " + extrinsicState);
	}
}

// 享元工厂类
public class FlyweightFactory {

	private HashMap<String, Flyweight> cachePool = new HashMap<String, Flyweight>(16);

	public Flyweight getFlyweight(String intrinsicState) {
		Flyweight flyweight = null;
		if (cachePool.containsKey(intrinsicState)) {
			flyweight = cachePool.get(intrinsicState);
			System.out.println("已存在享元对象直接获取，内部状态为" + intrinsicState);
		} else {
			flyweight = new ConcreteFlyweight(intrinsicState);
			cachePool.put(intrinsicState, flyweight);
		}
		return flyweight;
	}
}

// 测试客户端
public class TestClient {

	public static void main(String[] args) {	
		FlyweightFactory factory=new FlyweightFactory();
		// 只创建一次享元对象
		Flyweight a0 = factory.getFlyweight("A");
		Flyweight a1 = factory.getFlyweight("A");	
		a0.operation("a0");       
		a1.operation("a1"); 	
	}
}

已知应用

String常量池、数据库连接池、缓冲池等池技术的实现都应用了享元模式。

• Java中String字符串常量池
• Integer的享元模式解析
• 7种结构型模式之：享元模式（Flyweight）与数据库连接池的原理
• Apache commons-pool2-2.4.2源码学习笔记

相关模式

描述此模式和其他模式之间的关系。

参考资料

• 《Head First 设计模式》
• 图说设计模式
• Java设计模式：23种设计模式全面解析（超级详细）