【结构型模型】享元模式

news2025/1/18 16:45:18

一、享元模式概述

享元模式定义：又叫蝇量模式，运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。系统只使用少量的对象，而这些对象都很相似，状态变化很小，可以实现对象的多次复用。由于享元模式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。(对象结构型模式)

享元模式的设计一个关键的地方是先要区分内部状态和外部状态：

内部状态：存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改变的状态，内部状态可以共享（例如：字符的内容）
外部状态：随环境改变而改变的、不可以共享的状态。享元对象的外部状态通常由客户端保存，并在享元对象被创建之后，需要使用的时候再传入到享元对象内部。一个外部状态与另一个外部状态之间是相互独立的（例如：字符的颜色和大小）

享元模式的优缺点：
- 优点：
  - 1.减少运行时对象实例的个数，节省内存；
  - 2.将许多“虚拟”对象的状态集中管理。
- 缺点：
  - 为了使对象可以共享，需要将享元对象的部分状态外部化，分离内部状态和外部状态，使程序逻辑复杂。
适用环境：
- 1.一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，而这需要耗费一定的系统资源，因此，在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。

享元模式和工厂模式、单例模式
在区分出不同种类的外部状态后，创建新对象时需要选择不同种类的共享对象，这时就可以使用工厂模式来提供共享对象，在共享对象的维护上，经常会采用单例模式来提供单实例的共享对象。
享元模式和组合模式
在使用工厂模式来提供共享对象时，比如某些时候共享对象中的某些状态就是对象不需要的，可以引入组合模式来提升自定义共享对象的自由度，对共享对象的组成部分进一步归类、分层，来实现更复杂的多层次对象结构，当然系统也会更难维护。
享元模式和策略模式
策略模式中的策略属于一系列功能单一、细粒度的细粒度对象，可以作为目标对象来考虑引入享元模式进行优化，但是前提是这些策略是会被频繁使用的，如果不经常使用，就没有必要了。

二、代码实现

享元模式主要包含3个角色：

Flyweight（抽象享元类）：通常是接口或抽象类，抽象享元类中声明了具体享元类公共方法，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）
ConcreteFlyweight（具体享元类）：继承抽象享元类，在具体享元类中为内部状态提供存储空间。通常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
FlyweightFactory（享元工厂类）：创建并管理享元对象，将各种具体享元类存储到一个享元池中，享元池一般为“键值对”集合，可以结合工厂模式进行设计。当用户请求一个具体享元对象时，享元池中如果保存的有就直接返回给用户，如果没有就创建该享元对象返回给用户并存储到享元池中。

我们将创建一个 Shape 接口和实现了 Shape 接口的实体类 Circle。下一步是定义工厂类 ShapeFactory。

ShapeFactory 有一个 Circle 的 HashMap，其中键名为 Circle 对象的颜色。无论何时接收到请求，都会创建一个特定颜色的圆。ShapeFactory 检查它的 HashMap 中的 circle 对象，如果找到 Circle 对象，则返回该对象，否则将创建一个存储在 hashmap 中以备后续使用的新对象，并把该对象返回到客户端。

FlyWeightPatternDemo 类使用 ShapeFactory 来获取 Shape 对象。它将向 ShapeFactory 传递信息（red / green / blue/ black / white），以便获取它所需对象的颜色。

参考：https://www.runoob.com/design-pattern/flyweight-pattern.html

2.1 抽象享元

package FlyWeight.draw;
//抽象享元
public interface Shape {
	void draw();
}

2.2 具体享元

package FlyWeight.draw;

//具体享元
public class Circle implements Shape {
	private String color;
	private int x;
	private int y;
	private int radius;

	public Circle(String color) {
		this.color = color;
	}

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

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

	public void setRadius(int radius) {
		this.radius = radius;
	}

	@Override
	public void draw() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println("Circle: Draw() [Color : " + color 
		         +", x : " + x +", y :" + y +", radius :" + radius);
	}

}

2.3 享元工厂

package FlyWeight.draw;
import java.util.HashMap; 

//享元工厂
public class ShapeFactory {
	private static final HashMap<String, Shape> circleMap = new HashMap<>();

	public static Shape getCircle(String color) {
		Circle circle = (Circle) circleMap.get(color);

		if (circle == null) {
			circle = new Circle(color);
			circleMap.put(color, circle);
			System.out.println("Creating circle of color : " + color);
		}
		return circle;
	}
}

2.4 客户端

package FlyWeight.draw;

public class Test {
	private static final String colors[] = { "Red", "Green", "Blue", "White", "Black" };

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		for(int i=0; i < 20; ++i) {
	         Circle circle = 
	            (Circle)ShapeFactory.getCircle(getRandomColor());
	         circle.setX(getRandomX());
	         circle.setY(getRandomY());
	         circle.setRadius(100);
	         circle.draw();
	      }
	}

	private static String getRandomColor() {
		return colors[(int) (Math.random() * colors.length)];
	}

	private static int getRandomX() {
		return (int) (Math.random() * 100);
	}

	private static int getRandomY() {
		return (int) (Math.random() * 100);
	}
}