JAVA设计模式--享元模式【结构型模式】

1.定义

英文名称为：Flyweight pattern。

A Flyweight pattern is an object that minimizes memory usage by sharing as much data as possible with other similar objects.

即运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似对象的开销，从而提高系统资源的利用率。

2.结构

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

3.享元的角色

• 抽象享元角色：通常是一个接口或者一个抽象类，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：实现抽象享元类，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个享元对象。
• 非享元角色：不能被共享的子类可以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：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，享元工厂检查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.案例

【俄罗斯方块】在俄罗斯方块中有许多的方法，如果每次在使用每个方块时都为其创建一个新对象，则需要占用很多的空间，这事我们就可以用享元模式进行优化。

其中：BoxFactory为单例模式的类，Client每次获取到的相同box都为同一对象节省了内存空间。
代码：

abstract class AbstractBox{
    
    
    public abstract String getShape();

    public void display(String color){
    
    
        System.out.println("box shape: " + this.getShape() + "color: " + color);
    }
}

class CBox extends AbstractBox {
    
    
    @Override
    public String getShape() {
    
    
        return "C";
    }
}
import java.util.HashMap;

class BoxFactory{
    
    
    private static HashMap<String, AbstractBox> map;

    public BoxFactory() {
    
    
        map = new HashMap<>();
        map.put("I", new IBox());
        map.put("C", new CBox());
        map.put("L", new LBox());
    }

    public static final BoxFactory getInstance(){
    
    
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }

    public static class SingletonHolder{
    
    
        private static final BoxFactory INSTANCE = new BoxFactory();
    }

    public AbstractBox getBox(String key){
    
    
        return map.get(key);
    }
}

public class Client {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        // 通过享元工厂获取享元对象
        AbstractBox cbox1 = BoxFactory.getInstance().getBox("C");
        AbstractBox cbox2 = BoxFactory.getInstance().getBox("C");
        // 获取的为同一个对象，节省的空间
        System.out.println(cbox1 == cbox2); // TRUE
    }
}

5.优缺点及使用场景

优点：

1. 减少内存中相似或相同对象数量，节约系统资源，提升系统性能。
2. 享元模式中的外部状态相对独立，且不影响内部状态。

缺点：
为了使对象共享，需要将享元对象的部分状态外部化，分离为内部状态和外部状态，使程序逻辑复杂化了。

使用场景：

1. 当一个系统有大量相同或者相似的对象，造成内存的大量耗费。
2. 对象的大部分状态都可以外部化，可以将这些外部状态传入对象中。
3. 在使用享元模式时需要维护一个存储享元对象的享元池，需要耗费一定的系统资源，因此，应当在需要多次重读使用享元对象时才值得使用享元模式。

6.JAVA中真实的使用案例

1. 在JDK中Boolean、Byte、Short、Integer、Long、Character等包装类提供了valueOf()方法。
   Long的valueOf()方法会缓存 -128–127之间的Long对象，在这个范围内会重用对象，大于这个范围，才会新建Long对象，Integer也是相同的。

//简单测试：
class test{
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Integer a = -128;
        Integer b = -128;

        System.out.println(a == b); // true

        Integer c = 9000;
        Integer d = 9000;
        System.out.println(c == d); // false
    }
}

2. 另外，在连接数据库时，使用的连接池，也属于享元模式的一种实现。
3. 串池也算是体现了享元模式。
4. 等等。