设计模式之享元模式

在大学时代，估计每个人都去图书馆借过书。借书的流程很简单，如果书架上有这本书直接拿走，到借阅机上借阅就好了，如果没有，可以到图书管理处去拿一本新书。对于整个图书馆来说，书其实就是共享的，但是我们会发现其实每次借的书都是那些破旧一点的书，而不是新书，这是因为学生太多了，如果我们每一次借书都拿出来一本新书，那整个图书馆估计会放不下，对于我们借书的流程和图书共享的方式就是享元模式。

一、认识享元模式

1、概念

如果在一个系统中存在多个相同的对象，那么只需要共享一份对象的拷贝,而不必为每一次使用都创建新的对象。目的是提高系统性能。

上面的概念乍一听好像单例模式其实不是，单例模式只保存一个对象，但是这里可以有很多个不同对象，但是每个对象只有一个实例而已。也就是说享元模式使用了单例模式。

2、例子解释

在文章一开始其实我们就讲了这个例子，现在我们梳理一下，再次用这个例子来解释享元模式。张三去借书，然后阅读完了还回去了，过一段时间发现还是不懂，又去借了同样的书，但是这本书其实和上一次借的书是同一本。李四也去借书，发现书架上没有，就去图书管理员那边拿出来了一本全新的书。这就是享元模式。

享元模式的主要角色由享元工厂、抽象享元、具体享元类几部分组成。

我们使用这个例子以类图的角度来观察一下：

从上面这个例子我们可以看到，这里其实有四个角色：

（1）享元工厂（Llibrary）：用于创建具体享元类，维护相同的享元对象。当请求对象已经存在时，直接返回对象，不存在时，在创建对象。在例子中的解释就是图书馆，保存了所有的书，当学生借书时，有就拿走，没有买一本新书。这里面其实是使用了单例模式的。

（2）抽象享元（Book）：定义需要共享的对象业务接口。享元类被创建出来总是为了实现某些特定的业务逻辑.

（3）具体享元（ConcreteBook）：实现抽象享元类的接口，完成某一具体逻辑。在这里表示可以被借出。

在这里享元工厂是享元模式的核心，它需要确保系统可以共享相同的对象。它会维护一个对象列表，当我们想要获取享元类时，如果请求的享元类已经被创建，则直接返回已有的享元类：若没有，则创建一个新的享元对象，并将它加入到维护队列中。

下面我们使用代码来实现一下吧。

二、代码实现

第一步：定义抽象享元类（Book）

public interface Book {
	public void borrow();
}

第二步：定义具体享元类（ConcreteBook）

public class ConcreteBook implements Book {
	//被借出的书名
	private String name;
	public ConcreteBook(String name) {
		this.name = name;
	}
	@Override
	public void borrow() {
		System.out.println("图书馆借出一本书，书名为：" + this.name );
	}
}

第三步：享元工厂（Llibrary）

public class Library {
	//图书馆维护一个图书列表
	private Map<String, Book> bookPools = new HashMap<String, Book>();
    private static Library factory = new Library();
    //图书馆只有一个
    public static Library getInstance(){
        return factory;
    }
    //图书馆外借图书
    public Book libToBorrow(String bookName){
    	Book order = null;
    	//如果书架有，直接借出
        if (bookPools.containsKey(bookName)) {
            order = bookPools.get(bookName);
        }
        //如果书架没有，那就调进来一本新书
        else{
            order = new ConcreteBook(bookName);
            bookPools.put(bookName, order);
        }
        return order;
    }
    //图书馆书架上的书的数量
    public int getAllBookSize(){
        return bookPools.size();
    }
}

第四步：模拟学生去借书

public class Student {
	//图书馆书架上的书
	private static List<Book> books = new ArrayList<Book>();
	private static Library library;
	public static void main(String[] args) {
		library = Library.getInstance();
		studentBorrow("java编程思想");
		studentBorrow("java核心卷一");
		studentBorrow("java从入门到精通");
		System.out.println("后两本没学会，又借了一次 ");
		studentBorrow("java核心卷一");
		studentBorrow("java从入门到精通");
		//把每一本书借出去
		for (Book book : books) {
			book.borrow();
		}
		//输出一些学生一共借多少本书
		System.out.println("学生一共借了 " + books.size() + " 本书! ");
		//输出一下图书馆一共借出多少本书
		System.out.println("图书馆实际借出" + library.getAllBookSize() + " 本书");
	}
	private static void studentBorrow(String bookName) {
		books.add(library.libToBorrow(bookName));
	}
}

在上面其实学生一共借了5次书，但是有两本是重复的，所以对于图书馆来说，其实是借出去了三本书。最后我们看一下输出结果吧：

//图书馆借出去一本书，书名为：java编程思想
//图书馆借出去一本书，书名为：java核心卷一
//图书馆借出去一本书，书名为：java从入门到精通
//后两本没学会，又借了一次 
//图书馆借出去一本书，书名为：java核心卷一
//图书馆借出去一本书，书名为：java从入门到精通

//学生一共借了 5 本书! 
//图书馆实际借出了 3 本书

以上就是享元模式的代码实现，其实在这里最为关键的就是享元工厂类。享元模式的思想也主要在这个类中去体现。最后我们把享元模式和其他的模式进行一个对比分析。

三、分析享元模式

1、享元模式的优点

（1）节省内存空间，对于可重复的对象只会被创建一次，对象比较多时，就会极大的节省空间。

（2）提高效率，由于创建对象的数量减少，所以对系统内存的需求也减小，使得速度更快，效率更高。

2、享元模式的缺点

其实对于享元类有内部状态和外部状态，其区分就是图书馆的书一部分可以外借（外部状态），一部分不可外借（内部状态），两个状态的划分对于书籍管理来说优点复杂化了。

3、享元模式与单例模式的区别

（1）享元设计模式是一个类有很多对象，而单例是一个类仅一个对象。

（2）享元模式是为了节约内存空间，提升程序性能，而单例模式则主要是出于共享状态的目的。

OK，以上就是享元模式，在使用的时候只需要记住享元模式的核心思想，然后根据自己的业务需求来选择，因为大大多情况下都不会使用一种设计模式，而是多种设计模式的组合。如有问题还请批评指正。

例是一个类仅一个对象。

（2）享元模式是为了节约内存空间，提升程序性能，而单例模式则主要是出于共享状态的目的。

OK，以上就是享元模式，在使用的时候只需要记住享元模式的核心思想，然后根据自己的业务需求来选择，因为大大多情况下都不会使用一种设计模式，而是多种设计模式的组合。如有问题还请批评指正。

欢迎关注微信公众号：java的架构师技术栈。回复指定关键字可获取编程技术各种视频资源等，包含java基础、进阶、框架、架构师系列。python、Android、微信小程序、神经网络、机器学习等等各种资源。还有对于新手来说的学习路线。