设计模式结构型——享元模式

目录

什么是享元模式

享元模式的实现

享元模式的特点

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什么是享元模式

        享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，享元模式中的“享元”指被共享的单元，享元模式通过复用对象，以达到节省内存的目的。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。其主要解决的问题是创建大量相似对象时的内存开销过大。

        其意图运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。解决在有大量对象时，有可能会造成内存溢出问题，把其中共同的部分抽象出来，查找时直接返回在内存中已有的对象，没有才重新创建，避免重新创建已有对象。减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能，避免大量相似对象的开销，从而提高系统资源的利用率，尽可能复用现有的同类对象。

        “享元”，被共享的单元，即复用对象，节省内存，注意前提是享元对象是不可变对象。

        当一个系统中存在大量重复不可变对象，就能利用享元模式将对象设计成享元，在内存中只保留一份实例，供引用。这就减少内存中对象的数量，最终节省内存。当然，不仅相同对象可设计成享元，相似对象，也能提取对象中的相同部分（字段）设计成享元。

        “不可变对象”：一旦通过构造器初始化完成后，其状态（对象的成员变量或属性）就不会再被修改。所以，不可变对象不能暴露任何set()等修改内部状态的方法。之所以要求享元是不可变对象，是因为它会被多处代码共享使用，避免一处代码对享元进行了修改，影响到其他使用它的代码。

享元模式的实现

享元（Flyweight ）模式中存在以下两种状态：

1. 内部状态，即不会随着环境的改变而改变的可共享部分。

2. 外部状态，指随环境改变而改变的不可以共享的部分。享元模式的实现要领就是区分应用中的这两种状态，并将外部状态外部化。

享元模式的主要有以下角色：

抽象享元角色（Flyweight）：通常是一个接口或抽象类，在抽象享元类中声明了具体享元类公 共的方法，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）。

具体享元角色（Concrete Flyweight）：实现了抽象享元类，称为享元对象；在具体享元 类中为内部状态提供了存储空间。通常我们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。

非享元角色（Unsharable Flyweight) ：并非所有的抽象享元类的子类都需要被共享，不 能被共享的子类可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。

享元工厂角色（Flyweight Factory）：负责创建和管理享元角色。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，存在则提供给客户，不存在新创建提供给客户。
享元模式类图：

享元模式代码实现：

抽象享元角色

package com.common.demo.pattern.flyweight;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 抽象享元角色 篮球
 * @date 2023/07/21 15:03:57
 */
public interface BasketBall {

    void play();
}

具体享元角色和非享元角色

package com.common.demo.pattern.flyweight;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 具体享元角色 体育馆
 * @date 2023/07/21 15:05:37
 */
public class Gymnasium implements BasketBall{

    private String gymnasiumName;

    private String sport = "篮球";

    double price = 50;

    public Gymnasium() {
    }

    public Gymnasium(String gymnasiumName) {
        this.gymnasiumName = gymnasiumName;
    }

    public String getGymnasiumName() {
        return gymnasiumName;
    }

    public void setGymnasiumName(String gymnasiumName) {
        this.gymnasiumName = gymnasiumName;
    }

    public String getSport() {
        return sport;
    }

    public void setSport(String sport) {
        this.sport = sport;
    }

    public double getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(double price) {
        this.price = price;
    }

    @Override
    public void play() {
        System.out.println("Gymnasium{" + "gymnasiumName='" + gymnasiumName + '\'' +
                ", sport='" + sport + '\'' + ", price=" + price + '}'
                +", this Object='" + this + '\'' );
    }

}

享元工厂角色

package com.common.demo.pattern.flyweight;

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

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc 享元工厂 篮球工厂
 * @date 2023/07/21 15:11:37
 */
public class BasketBallFactory {

    private static Map MAP = new HashMap<>();

    public static Gymnasium getBasketBall(String gymnasiumName){
        Gymnasium gymnasium = MAP.get(gymnasiumName);
        if(Objects.isNull(gymnasium)){
            gymnasium = new Gymnasium(gymnasiumName);
            MAP.put(gymnasiumName,gymnasium);
        }
        return gymnasium;
    }
}

测试类

package com.common.demo.pattern.flyweight;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @author Evan Walker 昂焱数据: https://www.ayshuju.com
 * @version 1.0
 * @desc
 * @date 2023/07/21 15:16:00
 */
public class Test {

    private static final List nameList = new ArrayList<>();

    public static void main(String[] args) {
        nameList.add("斯塔普斯中心球馆");
        nameList.add("大通中心球馆");
        nameList.add("麦迪逊花园球馆");
        nameList.add("联合中心球馆");
        nameList.add("速贷中心球馆");
        nameList.add("斯塔普斯中心球馆");
        nameList.add("速贷中心球馆");
        nameList.add("美航球馆");
        nameList.add("丹佛百事中心球馆");

        for (String name : nameList){
            BasketBallFactory.getBasketBall(name).play();
        }
    }
}

测试截图

享元模式的特点

优点：

1. 大大减少对象的创建，对象复用，降低系统的内存，使效率提高。

缺点：

1. 提高了系统的复杂度，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固有化的性质，不应该随着内部状态的变化而变化，否则会造成线程安全问题。
2. 需要牺牲一定的时间和空间，来实现对象共享和控制机制。当对象之间没有复用性时，使用享元模式可能会导致额外的开销。

使用场景：

1. 系统有大量相似对象。
2. 当对象需要被共享时，如需要缓冲池的场景。
3. 当系统的内存资源相对有限时可以考虑使用享元模式，以减少内存的使用。
4. 当需要减少对象的创建次数、降低系统开销时。

注意事项：

1. 注意划分外部状态和内部状态，否则可能会引起线程安全问题。
2. 这些类必须有一个工厂对象加以控制。

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