Java GoF 23种设计模式-结构型模式-享元模式（Flyweight Pattern）

一、模式定义

享元模式（Flyweight Pattern）主要用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能。这种类型的设计模式属于结构型模式，它提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式。

享元模式，必须有一个工厂类对享元对象进行管理和扩展，工厂尝试重用现有的同类对象，如果未找到匹配的对象，再创建新对象。

二、模式动机

在创建大量对象时，有可能会造成内存溢出，我们把其中共同的部分抽象出来，保存在内存中，如果有相同的业务请求，直接返回在内存中已有的对象，避免重新创建。

三、模式结构

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，当对象数量太多时，将导致运行代价过高，带来性能下降等问题。

在享元模式中可以共享的相同内容称为内部状态(Intrinsic State)，而那些需要外部环境来设置的不能共享的内容称为外部状态(Extrinsic State)，其中外部状态和内部状态是相互独立的，外部状态的变化不会引起内部状态的变化。由于区分了内部状态和外部状态，因此可以通过设置不同的外部状态使得相同的对象可以具有一些不同的特征，而相同的内部状态是可以共享的。也就是说，享元模式的本质是分离与共享：分离变化的，并且共享不变的。

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；

本文讲述单纯享元模式的实现，复合享元模式后续有机会再补充；

四、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。

4.1、类图结构

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。如果有内部状态的话，必须负责为内部状态提供存储空间。

• 享元工厂(FlyweightFactory)角色：负责创建和管理享元角色。保证享元对象可以被系统适当地共享。当客户对象请求一个享元对象时，享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象，如果存在则提供给客户；如果不存在的话，则创建一个新的享元对象。

4.1、代码实现

在现实中，一家服装店会购买（创建）一些人体模特道具，来穿戴不同款式的衣服进行展览；假如说库存中有一万件不同款式的衣服，而创造一万件相同的人体模特道具，这显然是成本巨大的事情。那么这里就可以使用到享元模式，根据性别的不同，创造不同的人体模特道具，而达到共享的目的。

角色	类
抽象享元(Flyweight)角色	HumanModel.java
具体享元(ConcreteFlyweight)角色	HumanModelImpl.java
享元工厂(FlyweightFactory)角色	HumanModelFactory.java
Client：客户类	ClientTest.java

HumanModel.java

package com.design.demo.structure.flyweight;

/**
 * 抽象享元
 * 服装店人体模型道具抽象
 *
 * @author administrator
 * @date 2020-05-22 21:52
 */
public abstract class HumanModel {
     

    /**
     * 模特道具的性别
     * 此处将需要共享的内部状态定义在抽象角色
     * 负责为内部状态提供存储空间
     * 现实中的内部状态对象往往更复杂
     */
    protected String sex;

    public HumanModel(String sex) {
     
        this.sex = sex;
    }

    /**
     * 展示衣服
     * 外部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部状态
     * 现实中的外部状态对象往往更复杂
     *
     * @param clothes
     */
    public abstract void show(String clothes);

}

HumanModelImpl.java

package com.design.demo.structure.flyweight;

/**
 * 抽象的具体实现
 * 服装店人体模型道具抽象
 *
 * @author administrator
 * @date 2020-05-22 21:59
 */
public class HumanModelImpl extends HumanModel {
     

    public HumanModelImpl(String sex) {
     
        super(sex);
    }

    @Override
    public void show(String clothes) {
     
        System.out.println("人体模型，性别：" + super.sex + "，展示衣服：" + clothes);
    }

}

HumanModelFactory.java

package com.design.demo.structure.flyweight;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * 享元工厂
 * 负责创建和管理享元角色
 *
 * @author administrator
 * @date 2020-05-22 22:08
 */
public class HumanModelFactory {
     

    //全局变量，保存已经创建过的HumanModel享元对象
    private static Map<String, HumanModel> HUMAN_MODELS = new HashMap<String, HumanModel>();

    public HumanModel getHumanModelInstance(String sex) {
     
        //先从缓存中查找对象
        HumanModel humanModel = HUMAN_MODELS.get(sex);
        if (humanModel == null) {
     
            //如果对象不存在则创建一个新的HumanModel对象
            humanModel = new HumanModelImpl(sex);
            //把这个新的HumanModel对象添加到缓存中
            HUMAN_MODELS.put(sex, humanModel);
        }
        return humanModel;
    }

    //打印工厂类里面现在有多少个享元对象
    public void printHumanModels() {
     
        System.out.println(HUMAN_MODELS.toString());
    }

}

ClientTest.java

package com.design.demo.structure.flyweight;

/**
 * 客户端测试类
 * @author administrator
 * @date 2020-05-22 22:11
 */
public class ClientTest {
     

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

        HumanModel humanMode1 = factory.getHumanModelInstance("男性");
        HumanModel humanMode2 = factory.getHumanModelInstance("男性");
        HumanModel humanMode3 = factory.getHumanModelInstance("女性");

        humanMode1.show("夹克衫");
        humanMode2.show("西装");
        humanMode3.show("裙子");

        //打印下工厂类里面现在有多少个享元对象
        factory.printHumanModels();
    }

}

测试客户端运行结果