设计模式-享元模式

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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。

当系统中存在大量相似或相同的对象时，将会导致运行代价过高、性能下降、OOM 等问题，享元模式正为解决之一类问题而诞生

在学习享元模式之前需要先了解一下 细粒度 和享元对象中的 内部状态、外部状态 这三个概念：

• 内部状态：不随环境改变而改变的状态，内部状态可以共享，例如人的性别，不管任何环境下都不会改变
• 外部状态：随着环境改变而改变的状态，不可以共享的状态，享元对象的外部状态通常由客户端保存，并在享元对象创建后，需要的时候传入享元对象内部，不同的外部状态是相互独立的。例如衣服和鞋子，人在不同的环境下会穿不同的衣服和鞋子，但是衣服和鞋子又是相互独立不受彼此影响的
• 细粒度：所包含的内部状态较少，逻辑较为简单，职责更加细分化

享元模式 UML

• Flyweight（抽象享元类）：通常是接口或抽象类，抽象享元类中声明了具体享元类公共方法，这些方法可以向外界提供享元对象的内部数据（内部状态），同时也可以通过这些方法来设置外部数据（外部状态）
• ConcreteFlyweight（具体享元类）：继承抽象享元类，在具体享元类中为内部状态提供存储空间。通常可以结合单例模式来设计具体享元类，为每一个具体享元类提供唯一的享元对象
• UnshareConcreteFlyweight（非分享具体享元类）：并不是所有的具体享元类都需要被共享，不能被共享的子类可以设计为非共享具体享元类，当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建
• FlyweightFactory（享元工厂类）：创建并管理享元对象，将各种具体享元类存储到一个享元池中，享元池一般为“键值对”集合，可以结合工厂模式进行设计。当用户请求一个具体享元对象时，享元池中如果保存的有就直接返回给用户，如果没有就创建该享元对象返回给用户并存储到享元池中

俄罗斯方块

上面的图片是众所周知的俄罗斯方块中的一个个方块，这次就拿这个游戏举个栗子，如果在俄罗斯方块这个游戏中，每个不同的方块都是一个实例对象，这些对象就要占用很多的内存空间，下面利用享元模式进行改造：

Flyweight 类：

public abstract class AbstractBox {

    public abstract String getShape();

    public void display() {
        LogUtils.i("方块形状：" + this.getShape());
    }
}

ConcreteFlyweight 类：

// I形方块
public class IBox extends AbstractBox {
    @Override
    public String getShape() {
        return "I";
    }
}

// L形方块
public class LBox extends AbstractBox {
    @Override
    public String getShape() {
        return "L";
    }
}

// O形方块
public class OBox extends AbstractBox {
    @Override
    public String getShape() {
        return "O";
    }
}

FlyweightFactory 类：

public class BoxFactory {

    private static class SingletonHolder {
        private static final BoxFactory INSTANCE = new BoxFactory();
    }

    public static final BoxFactory getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }

    private static Hashtable sHashtable;

    private BoxFactory() {
        sHashtable = new Hashtable<>();

        AbstractBox iBox = new IBox();
        AbstractBox lBox = new LBox();
        AbstractBox oBox = new OBox();

        sHashtable.put("I", iBox);
        sHashtable.put("L", lBox);
        sHashtable.put("O", oBox);
    }

    public AbstractBox getBox(String key) {
        return sHashtable.get(key);
    }
}

Client 类：

AbstractBox i1 = BoxFactory.getInstance().getBox("I");
i1.display();
AbstractBox i2 = BoxFactory.getInstance().getBox("L");
i2.display();
AbstractBox i3 = BoxFactory.getInstance().getBox("O");
i3.display();
AbstractBox i4 = BoxFactory.getInstance().getBox("O");
i4.display();
// 用 == 对比两个对象的内存地址
LogUtils.i("两个对象是否相等：" + (i3 == i4));

可以看出，所有的方块都从工厂类中获取，而且是同一个对象，不用重新创建对象导致占用过多的内存。看完了之后内部状态的享元模式，下面接着看带有外部状态的享元模式，接下来给不同的方块染上不同的染色：

FlyweightFactory 类：

public class ExtrinsicStateBoxFactory {

    private static class SingletonHolder {
        private static final ExtrinsicStateBoxFactory INSTANCE = new ExtrinsicStateBoxFactory();
    }

    public static final ExtrinsicStateBoxFactory getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }

    private static Hashtable sHashtable;

    private ExtrinsicStateBoxFactory() {
        sHashtable = new Hashtable<>();

        ExtrinsicStateBox jBox = new JBox();

        sHashtable.put("J", jBox);
    }

    public ExtrinsicStateBox getBox(String key) {
        return sHashtable.get(key);
    }
}

ConcreteFlyweight 类：

public class JBox extends ExtrinsicStateBox {
    @Override
    public String getShape() {
        return "J";
    }
}

Flyweight 类：

public abstract class ExtrinsicStateBox {
    public abstract String getShape();

    public void display(String color) {
        LogUtils.i("方块形状：" + this.getShape() + " 颜色：" + color);
    }
}

在调用 display() 的时候传入颜色的外部状态，虽然方块对象还是一个对象，但是它们可以具有不同的颜色

优点

• 极大减少内存中相似或相同对象数量，节约系统资源，提供系统性能
• 享元模式中的外部状态相对独立，且不影响内部状态

缺点

• 为了使对象可以共享，需要将享元对象的部分状态外部化，分离内部状态和外部状态，使程序逻辑复杂

适用场景

• 系统中具有大量相同或相似对象
• 对象大部分状态都可以外部化
• 享元池耗费一定系统资源，需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式

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