Java设计模式——享元模式【Flyweight Pattern】

一、引言

23种设计模式大概分为三大类：

5种（创建型模式）：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、原型模式、建造者模式。

7种（结构型模式）：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

11种（行为型模式）：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代器模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

行为型又可以通过类与类之间的关系进行划分 :

享元模式基本介绍：

• 享元模式（Flyweight Pattern），也叫 蝇量模式：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象
• 常用于系统底层开发，解决系统的性能问题，像数据库连接池，里面都是创建好的连接对象，在这些连接对象中有我们需要的则直接拿来用，避免重新创建，如果没有我们需要的，则创建一个
• 享元模式能够解决重复对象的内存浪费的问题，当系统中有大量相似对象，需要缓冲池时，不需要总是创建新对象，可以从缓冲池里拿，这样可以降低系统内存，同时提高效率
• 享元模式的经典应用场景就是池技术，String 常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用，享元模式是池技术的重要实现方式

二、享元模式

1.享元模式原理类图

对原理图的说明：

• FlyWeight 是抽象的享元角色，它是产品的抽象类，同时定义出对象的外部状态和内部状态的接口或实现

• ConcreteFlyWeight 是具体的享元角色，是具体的产品类，实现抽象角色定义的相关业务

• UnSharedConcreteFlyWeight 是不可共享的角色，它可能会出现在享元模式中，但一般不会出现在享元工厂中。

• FlyWeightFactory是享元工厂类，用于构建一个池容器(池是以集合的形式展现的)，同时提供从池中获取对象方法

内部状态和外部状态：

享元模式提出了两个要求：细粒度和共享对象。这里就涉及到内部状态和外部状态了，即将对象的信息分为两个部分：内部状态和外部状态

• 内部状态指对象共享出来的信息，存储在享元对象内部且不会随环境的改变而改变

• 外部状态指对象得以依赖的一个标记，是随环境改变而改变的、不可共享的状态

外部状态是频繁变化的，每个对象都不一样的；内部状态是比较稳定的，这个状态相对比较少

举个例子：围棋理论上有361个空位可以放棋子，每盘棋都有可能有两三百个棋子对象产生，因为内存空间有限，一台服务器很难支持更多的玩家玩围棋游戏，如果用享元模式来处理棋子，那么棋子对象就可以减少到只有两个实例，这样就很好的解决了对象的开销问题。

三、具体需求

1.展示网站

小型的外包公司，给客户 A 做了一个产品展示网站，客户 A 的朋友感觉效果不错，也希望做这样类似的产品展示网站，但是要求都有些不同：

• 有些客户要求以新闻的形式发布

• 有些客户要求以博客的形式发布

• 还有些客户希望以微信公众号的形式发布

2. 传统方案

方式一：直接复制粘贴一份，然后根据客户的不同要求，进行定制修改

方式二：给每个网站租用一个空间

方案设计示意图如下：

传统方式分析

• 需要的网站结构相似度很高，而且都不是高访问量网站，如果分成多个虚拟空间来处理，相当于一个相同网站的实例对象很多，造成服务器的资源浪费

• 解决思路：整合到一个网站中，共享其相关的代码和数据，对于硬盘、内存、CPU、数据库空间等服务器资源都可以达成共享，减少服务器资源的浪费。对于代码来说，由于是一份实例，维护和扩展都更加容易。

3. 享元模式方案

思路分析 - 类图

User是享元模式的外部状态，因为每个网站的用户不同

具体实现

// Website.java
public abstract class Website {
	public abstract void use(User user);
}

// ConcreteWebsite.java 把共用的部分实现到该类中
public class ConcreteWebsite extends Website {
	private String type = "";//网站的发布形式/类型（共享的部分）
	
	public ConcreteWebsite(String type) {
		this.type = type;
	}
	
	@Override
	public void use(User user) {
		System.out.println("网站的发布形式为："+type+" "+user.getName()+" 在使用中...");
	}
}

//网站工厂类：根据需求返回一个具体的网站 WebsiteFactory.java
public class WebsiteFactory {
	//集合：充当池的作用
	private HashMap<String,ConcreteWebsite> pool = new HashMap();
	
	//根据网站的发布形式，返回一个网站；如果没有，就创建一个网站，并放到池中，并返回
	public Website getWebsiteCatagory(String type) {
		//判断池里有没有,没有的话就创建并放到池里
		if(!pool.containsKey(type)) {
			pool.put(type, new ConcreteWebsite(type));
		}
		return (Website)pool.get(type);
	}
	
	//获取网站分布的总数（池中有多少个网站类型）
	public int getWebsiteCount() {
		return pool.size();
	}
}

// User.java
public class User {
	private String name;

	public User(String name) {
		super();
		this.name = name;
	}
	// get/set方法略
}

// Client.java
public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		//创建一个工厂类
		WebsiteFactory factory = new WebsiteFactory();
		//客户要一个以新闻形式发布的网站
		Website website1 = factory.getWebsiteCatagory("新闻");
		website1.use(new User("Tom"));
		
		Website website2 = factory.getWebsiteCatagory("博客");
		website2.use(new User("Jack"));
		
		Website website3 = factory.getWebsiteCatagory("博客");
		website3.use(new User("Kim"));
	}
}

四、注意事项和细节

• 享元模式这样理解：“享”就表示共享，“元”表示对象

• 系统中有大量对象，这些对象消耗大量内存，并且对象的状态大部分可以外部化时，就可以考虑选用享元模式

• 用唯一标识码判断，如果在内存中有，则返回这个唯一标识码所标识的对象，用 HashMap/HashTable 存储

• 享元模式大大减少了对象的创建，降低了程序内存的占用，提高效率

• 享元模式提高了系统的复杂度：需要分离出内部状态和外部状态，而外部状态具有固化特性，不应该随着内部状态的改变而改变，这是我们使用享元模式需要注意的地方

• 使用享元模式时，注意划分内部状态和外部状态，并且需要有一个工厂类加以控制