笨蛋学设计模式结构型模式-享元模式【13】

7.7享元模式

7.7.1概念

​ 享元模式是通过共享对象减少内存使用，来提高程序性能。在此模式中，分为内部状态和外部状态，其中相似的对象被存储在享元对象内部，并对于所有享元对象都是相同的，且状态通常是不变的。只在需要时内部共享，而不是每次创建新的对象。而外部状态是享元对象依赖的，可能变化的部分。这部分状态不存储在享元对象内部，而是在使用享元对象时传递给对象。

7.7.2场景

​ 在棋类游戏中，棋子可以看作是享元对象，因为棋子与棋子之间有着相同的属性和方法，例如在颜色、大小、移动规则上都有着相同的特质。因此在棋类游戏中，可以使用享元模式来共享相同的棋子对象，避免创建大量的棋子对象，从而提高游戏性能。

7.7.3优势 / 劣势

• 减少内存消耗：通过共享公共状态，减少创建对象的数量
• 提升性能：通过共享对象来减少内存中对象的数量，可以减少垃圾回收的频率

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• 线程安全问题：享元模式的对象可能会导致线程安全问题，需要采取一定的措施
• 适用场景有限：享元模式存在大量相似对象的场景，若不适用，则会导致性能下降，代码复杂度增加

7.7.4享元模式可分为

• 享元接口Flyweight：所有具体享元类的共享接口，通常包含对外部状态的操作
• 具体享元类ConcreteFlyweight：继承Flyweight类或实现享元接口，包含内部状态
• 享元工厂类FlyweightFactory：创建并管理享元对象，当用户请求时，提供已创建的实例或者创建一个
• 客户端Client：维护外部状态，在使用享元对象时，将外部状态传递给享元对象

7.7.5享元模式

package com.technologystatck.designpattern.mode.flyweight;

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

public class Flyweight {
    public static void main(String[] args) {

        //实例化享元工厂对象
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();

        //获取或创建享元对象，并传递外部状态
        Flyweights flyweightA = factory.getFlyweight("A");
        flyweightA.operation("External State A");

        Flyweights flyweightB = factory.getFlyweight("B");
        flyweightB.operation("External State B");

        Flyweights flyweightC = factory.getFlyweight("A");
        flyweightC.operation("External State C");
    }
}
//创建享元接口
interface Flyweights {
    //操作外部状态
    void operation(String extrinsicState);
}

//实现具体享元类，存储内部状态
class ConcreteFlyweight implements Flyweights{

    //内部状态
    private String intrinsicState;

    public ConcreteFlyweight(String intrinsicState) {
        this.intrinsicState = intrinsicState;
    }

    @Override
    public void operation(String extrinsicState) {
        System.out.println("Intrinsic State: "+intrinsicState+",External State: "+extrinsicState);
    }
}

//创建享元工厂类，创建并管理Flyweight对象，
//当用户请求一个Flyweight时，享元工厂会提供一个已经创建的实例或创建一个
class FlyweightFactory{
    private Map<String,Flyweights> flyweights=new HashMap<>();

    public Flyweights getFlyweight(String key){
        //若没有享元对象时，就将传进来的key值创建一个
        if(!flyweights.containsKey(key)){
            flyweights.put(key,new ConcreteFlyweight(key));
        }
        return flyweights.get(key);
    }

}

7.7.6实战

7.7.6.1题目描述

​ 在一个图形编辑器中，用户可以绘制不同类型的图形，包括圆形（CIRCLE）、矩形（RECTANGLE）、三角形（TRIANGLE）等。现在，请你实现一个图形绘制程序，要求能够共享相同类型的图形对象，以减少内存占用。

7.7.6.2输入描述

输入包含多行，每行表示一个绘制命令。每个命令包括两部分：

图形类型（Circle、Rectangle 或 Triangle）

绘制的坐标位置（两个整数，分别表示 x 和 y）

7.7.6.3输出描述

对于每个绘制命令，输出相应图形被绘制的位置信息。如果图形是首次绘制，输出 “drawn at”，否则输出 “shared at”。

7.7.6.4代码

package com.technologystatck.designpattern.mode.flyweight;

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

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        //创建工厂实例
        GraphicFactory graphicFactory = new GraphicFactory();
        while(scanner.hasNext()){
            String command = scanner.nextLine();
            //定义一个静态方法
            proessCommand(graphicFactory,command);
        }
    }
    public static void proessCommand(GraphicFactory graphicFactory,String command){
        //定义数组存放类型变量
        String[] parts = command.split(" ");
        DrawType drawType=DrawType.valueOf(parts[0]);
        int x=Integer.parseInt(parts[1]);
        int y=Integer.parseInt(parts[2]);

        //
        Graphic graphic=graphicFactory.getGraphic(drawType);
        graphic.draw(new ConcretePosition(x,y));
        ((ConcreteGraphic) graphic).setFirstTime(false);
    }
}

//使用枚举创建图形类型
enum DrawType{
    CIRCLE,RECTANGLE,TRIANGLE;
}

//创建坐标类
class ConcretePosition{
    //内部状态
    private int x;
    private int y;

    public ConcretePosition() {
    }

    public ConcretePosition(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    public int getX() {
        return x;
    }

    public void setX(int x) {
        this.x = x;
    }

    public int getY() {
        return y;
    }

    public void setY(int y) {
        this.y = y;
    }
}

//创建图像享元接口
interface Graphic{
    //外部状态
    void draw(ConcretePosition concretePosition);
}

//创建具体图形实现类
class ConcreteGraphic implements Graphic{

    //内部状态
    private DrawType drawType;

    public ConcreteGraphic(DrawType drawType) {
        this.drawType = drawType;
    }

    //检查是否是第一次绘制该图形
    private Boolean isFirstTime=true;

    public Boolean getFirstTime() {
        return isFirstTime;
    }

    public void setFirstTime(Boolean firstTime) {
        isFirstTime = firstTime;
    }

    //描绘图形方法
    @Override
    public void draw(ConcretePosition concretePosition) {
        System.out.println(drawType+(isFirstTime ? "drawn":"shared")+" at ("+
                concretePosition.getX()+" , "+concretePosition.getY()+")");
    }
}

//创建享元图形工厂
class GraphicFactory{
    private Map<DrawType,Graphic> graphicEditors=new HashMap<>();

    //检查是否已创建对象
    public Graphic getGraphic(DrawType drawType){
        //若时第一次创建，就实例化一个新对象，否则就返回已经创建的对象。
        if(!graphicEditors.containsKey(drawType)){
            graphicEditors.put(drawType,new ConcreteGraphic(drawType));
        }
        return graphicEditors.get(drawType);
    }
}

8.1.7总结

• 享元模式

• 优点：通过减少创建对象的数量以此来减少内存消耗，提高程序的性能
• 总结：分为外部状态和内部状态，内部状态主要是大量相似的对象，外部状态是变化较大的对象
• 场景：用于包含大量相似对象，且对象的内部状态可以共享，外部状态变化较大时