享元模式（二十四）

一、定义

享元模式（FlyweightPattern）是池技术的重要实现方式，其定义如下：

使用共享对象可有效地支持大量的细粒度的对象。

Flyweight 是拳击比赛中的特用名词，意思是“特轻量级”。用到设计模式中是指我们的类要轻量级，粒度要小。享元模式的定义为我们提出了两个要求：细粒度的对象和共享对象。我们知道分配太多的对象到应用程序中将有损程序的性能，同时还容易造成内存溢出，那怎么避免呢？就是享元模式提到的共享技术。

二、类图及角色

1. Flyweight 抽象享元角色

它简单地说就是一个产品的抽象类，同时定义出对象的外部状态和内部状态的接口或实现。

内部状态（intrinsic）：是对象可共享出来的信息，存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改变。

外部状态（extrinsic）：外部状态是对象得以依赖的一个标记，是随环境改变而改变的、不可以共享的状态。

public abstract class Flyweight {
    // 内部状态
    private String intrinsic;
    // 外部状态
    protected final String Extrinsic;
 
    // 要求享元角色必须接受外部状态
    public Flyweight(String _Extrinsic) {
        this.Extrinsic = _Extrinsic;
    }
 
    // 定义业务操作
    public abstract void operate();
 
    // 内部状态的getter/setter
    public String getIntrinsic() {
        return intrinsic;
    }
 
    public void setIntrinsic(String intrinsic) {
        this.intrinsic = intrinsic;
    }
}

2. ConcreteFlyweight 具体享元角色

具体的一个产品类，实现抽象角色定义的业务。该角色中需要注意的是内部状态处理应该与环境无关，不应该出现一个操作改变了内部状态，同时修改了外部状态，这是绝对不允许的。

public class ConcreteFlyweight1 extends Flyweight {
    // 接受外部状态
    public ConcreteFlyweight1(String _Extrinsic) {
        super(_Extrinsic);
    }
 
    // 根据外部状态进行逻辑处理
    public void operate() {
        // 业务逻辑
    }
}
 
public class ConcreteFlyweight2 extends Flyweight {
    // 接受外部状态
    public ConcreteFlyweight2(String _Extrinsic) {
        super(_Extrinsic);
    }
 
    // 根据外部状态进行逻辑处理
    public void operate() {
        // 业务逻辑

注意：
在程序开发中，确认只需要一次赋值的属性则设置为 final 类型，避免无意修改导致逻辑混乱，特别是 Session 级的常量或变量。

3. unsharedConcreteFlyweight 不可共享的享元角色

不存在外部状态或者安全要求（如线程安全）不能够使用共享技术的对象，该对象一般不会出现在享元工厂中。

4. FlyweightFactory 享元工厂

职责非常简单，就是构造一个池容器，同时提供从池中获得对象的方法。

import java.util.HashMap;
 
public class FlyweightFactory {
    // 定义一个池容器
    private static HashMap<String, Flyweight> pool = new HashMap<String, Flyweight>();
 
    // 享元工厂
    public static Flyweight getFlyweight(String Extrinsic) {
        // 需要返回的对象
        Flyweight flyweight = null;
        // 在池中没有该对象
        if (pool.containsKey(Extrinsic)) {
            flyweight = pool.get(Extrinsic);
        } else {
            // 根据外部状态创建享元对象
            flyweight = new ConcreteFlyweight1(Extrinsic);
            // 放置到池中
            pool.put(Extrinsic, flyweight);
        }
        return flyweight;
    }
}

三、优缺点

优点：
大大减少应用程序创建的对象，降低程序内存的占用，增强程序的性能。
缺点：
提高了系统复杂性，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固化特性，不应该随内部状态改变而改变，否则导致系统的逻辑混乱。

四、使用场景

系统中存在大量的相似对象
细粒度的对象具备较接近的外部状态，且内部状态与环境无关，也就是对象没有特定身份
需要缓冲池的场景

五、注意事项

要注意线程安全的问题。享元模式让我们使用共享技术，而多线程又会带来线程安全的问题，该如何设计需要依靠经验权衡。
外部状态（通常就是 HashMap 的键）尽量使用基本数据类型。如果使用类作为外部状态，必须覆写 equals 方法和 hashCode 方法，而且执行效率也会比基本数据类型低不少。

六、享元模式和对象池

虽然享元模式可以实现对象池，但是两者还是有比较大的差异的。对象池着重于对象的复用上，池内的每个对象都是可替换的，从池中获得对象 A 或者对象 B 对客户端来说是一样的，它主要是为了解决复用的问题，例如线程池。而享元模式主要解决对象的共享问题，如何建立多个可共享的细粒度的对象则是其关注重点。

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