Java享元模式

概念

Flyweight在拳击比赛中指最轻量级，即“蝇量级”或“雨量级”，这里选择使用“享元模式”的意译，是因为这样更能反映模式的用意。享元模式是对象的结构模式。享元模式以共享的方式高效地支持大量的细粒度对象。

Java中的String类型

在JAVA语言中，String类型就是使用了享元模式。String对象是final类型，对象一旦创建就不可改变。在JAVA中字符串常量都是存在常量池中的，JAVA会确保一个字符串常量在常量池中只有一个拷贝。String a="abc"，其中"abc"就是一个字符串常量。

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        
        String a = "abc";
        String b = "abc";
        System.out.println(a==b);
        
    }
}

上面的例子中结果为：true ，这就说明a和b两个引用都指向了常量池中的同一个字符串常量"abc"。这样的设计避免了在创建N多相同对象时所产生的不必要的大量的资源消耗。

享元模式的结构

享元模式采用一个共享来避免大量拥有相同内容对象的开销。这种开销最常见、最直观的就是内存的损耗。享元对象能做到共享的关键是区分内蕴状态(Internal State)和外蕴状态(External State)。
一个内蕴状态是存储在享元对象内部的，并且是不会随环境的改变而有所不同。因此，一个享元可以具有内蕴状态并可以共享。

一个外蕴状态是随环境的改变而改变的、不可以共享的。享元对象的外蕴状态必须由客户端保存，并在享元对象被创建之后，在需要使用的时候再传入到享元对象内部。外蕴状态不可以影响享元对象的内蕴状态，它们是相互独立的。

享元模式可以分成单纯享元模式和复合享元模式两种形式。

单纯享元模式

在单纯的享元模式中，所有的享元对象都是可以共享的。

　　单纯享元模式所涉及到的角色如下：
　　●　　 抽象享元(Flyweight)角色 ：给出一个抽象接口，以规定出所有具体享元角色需要实现的方法。
　　●　　 具体享元(ConcreteFlyweight )角色：实现抽象享元角色所规定出的接口。如果有内蕴状态的话，必须负责为内蕴状态提供存储空间。具体享元角色类ConcreteFlyweight有一个内蕴状态，在本例中一个Character类型的intrinsicState属性代表，它的值应当在享元对象被创建时赋予。所有的内蕴状态在对象创建之后，就不会再改变了。如果一个享元对象有外蕴状态的话，所有的外部状态都必须存储在客户端，在使用享元对象时，再由客户端传入享元对象。这里只有一个外蕴状态，operation()方法的参数state就是由外部传入的外蕴状态。
　　●　　 享元工厂(FlyweightFactory)角色 ：本角色负责创建和管理享元角色。本角色必须保证享元对象可以被系统适当地共享。当一个客户端对象调用一个享元对象的时候，享元工厂角色会检查系统中是否已经有一个符合要求的享元对象。如果已经有了，享元工厂角色就应当提供这个已有的享元对象；如果系统中没有一个适当的享元对象的话，享元工厂角色就应当创建一个合适的享元对象。享元工厂角色类，必须指出的是，客户端不可以直接将具体享元类实例化，而必须通过一个工厂对象，利用一个factory()方法得到享元对象。一般而言，享元工厂对象在整个系统中只有一个，因此也可以使用单例模式。当客户端需要单纯享元对象的时候，需要调用享元工厂的factory()方法，并传入所需的单纯享元对象的内蕴状态，由工厂方法产生所需要的享元对象。

源代码

/**
 * 抽象享元(Flyweight)角色 ：给出一个抽象接口，以规定出所有具体享元角色需要实现的方法
 */
public interface Flyweight {

    //一个示意性方法，参数outState是外蕴状态
    public void operation(String outState);

}

/**
 * 具体享元(ConcreteFlyweight)角色
 */
public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {

    private String inState = null;

    /**
     * 构造方法，当创建对象时传入内蕴状态值
     * @param inState
     */
    public ConcreteFlyweight(String inState) {
        this.inState = inState;
    }

    /**
     * 外蕴状态作为参数传入方法中，改变方法的行为，
     * 但是并不改变对象的内蕴状态。
     */
    @Override
    public void operation(String outState) {
        System.out.println("inState:" + inState);
        System.out.println("outState:" + outState);
    }
}

public class FlyweightFactory {

    private Map temp = new HashMap();

    public Flyweight factory(String inState){
        //先从缓存中查找对象
        Flyweight flyweight = temp.get(inState);

        if(null == flyweight){
            //如果对象不存在则创建一个新的Flyweight对象
            flyweight = new ConcreteFlyweight(inState);
            //将对象加入缓存中
            temp.put(inState, flyweight);
        }

        return flyweight;
    }

}

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();

        Flyweight flyweight1 = factory.factory("a");
        Flyweight flyweight2 = factory.factory("b");
        Flyweight flyweight3 = factory.factory("a");

        flyweight1.operation("111");
        flyweight2.operation("222");
        flyweight3.operation("333");
    }
}

虽然客户端申请了三个享元对象，但是实际创建的享元对象只有两个，这就是共享的含义。

核心总结，可以共享的对象，也就是说返回的同一类型的对象其实是同一实例，当客户端要求生成一个对象时，工厂会检测是否存在此对象的实例，如果存在那么直接返回此对象实例，如果不存在就创建一个并保存起来，这点有些单例模式的意思。通常工厂类会有一个集合类型的成员变量来用以保存对象，如hashtable,vector等。在java中，数据库连接池，线程池等即是用享元模式的应用。

总结

优点：

极大减少内存中对象的数量。
相同或相似的对象内存只保持一份，极大的节约资源，提高系统性能。
外部状态相对独立，不影响内部变化。

缺点：

模式较复杂，使程序逻辑复杂化。
为了节省内存，共享了内部状态，分离出了外部状态，而读取外部状态使运行时间变长。用时间换空间。