1.概述
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（Flyweight ）模式中存在以下两种状态：
- 内部状态，即不会随着环境的改变而改变的可共享部分。
- 外部状态，指随环境改变而改变的不可以共享的部分。享元模式的实现要领就是区分应用中的这两种状态，并将外部状态外部化。
享元模式的主要有以下角色：
- 抽象享元角色（Flyweight）：通常是一个接口或抽象类，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），同时也可以通过这些方法来设置外部数据（外部状态）。
- 具体享元（Concrete Flyweight）角色 ：它实现了抽象享元类，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的享元对象。
- 非享元（Unsharable Flyweight)角色 ：并不是所有的抽象享元类的子类都需要被共享，不能被共享的子类可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（Flyweight Factory）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，享元工厂检査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。
3.案例实现
【例】俄罗斯方块
下面的图片是众所周知的俄罗斯方块中的一个个方块，如果在俄罗斯方块这个游戏中，每个不同的方块都是一个实例对象，这些对象就要占用很多的内存空间，下面利用享元模式进行实现。
类图如下
代码如下
package com.itheima.pattern.flyweight;
/**
* @program: design-patterns
* @ClassName AbstractBox
* @description: 抽象享元角色
* @author:
* @create: 2023-01-24 10:46
* @Version 1.0
**/
public abstract class AbstractBox {
// 获取图像的方法
public abstract String getShape();
// 显示图形及颜色
public void display(String color) {
System.out.println("方块形状：" + getShape() + ", 颜色：" + color);
}
}
package com.itheima.pattern.flyweight;
/**
* @program: design-patterns
* @ClassName IBox
* @description: I图形类：具体享元角色
* @author:
* @create: 2023-01-24 10:48
* @Version 1.0
**/
public class IBox extends AbstractBox {
@Override
public String getShape() {
return "I";
}
}
package com.itheima.pattern.flyweight;
/**
* @program: design-patterns
* @ClassName IBox
* @description: L图形类：具体享元角色
* @author:
* @create: 2023-01-24 10:48
* @Version 1.0
**/
public class LBox extends AbstractBox {
@Override
public String getShape() {
return "L";
}
}
package com.itheima.pattern.flyweight;
/**
* @program: design-patterns
* @ClassName IBox
* @description: O图形类：具体享元角色
* @author:
* @create: 2023-01-24 10:48
* @Version 1.0
**/
public class OBox extends AbstractBox {
@Override
public String getShape() {
return "O";
}
}
package com.itheima.pattern.flyweight;
import javax.swing.*;
import java.util.HashMap;
/**
* @program: design-patterns
* @ClassName BoxFactory
* @description: 工厂类：将该类设计为单例
* @author:
* @create: 2023-01-24 10:50
* @Version 1.0
**/
public class BoxFactory {
private HashMap<String, AbstractBox> map;
private static BoxFactory factory = new BoxFactory();
// 在构造方法中进程初始化操作
private BoxFactory() {
this.map = new HashMap<>();
this.map.put("I", new IBox());
this.map.put("L", new LBox());
this.map.put("O", new OBox());
}
// 提供一个方法获取该工厂类对象
public static BoxFactory getInstance() {
return factory;
}
// 根据名称获取图形对象
public AbstractBox getShape(String name) {
return map.getOrDefault(name, null);
}
}
package com.itheima.pattern.flyweight;
/**
* @program: design-patterns
* @ClassName Client
* @description: 测试类
* @author:
* @create: 2023-01-24 10:55
* @Version 1.0
**/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// 获取I图形对象
AbstractBox box1 = BoxFactory.getInstance().getShape("I");
box1.display("灰色");
// 获取L图形对象
AbstractBox box2 = BoxFactory.getInstance().getShape("L");
box2.display("绿色");
// 获取O图形对象
AbstractBox box3 = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
box3.display("灰色");
AbstractBox box4 = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
box4.display("红色");
System.out.println("box3和box4是否为同一个对象？" + (box3 == box4));
}
}
4.优缺点
- 优点：（1）极大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
5.使用场景
- 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。
- 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。
- 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，应当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。
6.JDK源码解析
Integer类使用了享元模式。我们先看下面的例子：
package com.itheima.pattern.flyweight.jdk;
/**
* @program: design-patterns
* @ClassName Demo
* @description:
* @author:
* @create: 2023-01-24 11:12
* @Version 1.0
**/
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
Integer i1 = 127;
Integer i2 = 127;
System.out.println("i1和i2对象是否是同一个对象？" + (i1 == i2));
Integer i3 = 128;
Integer i4 = 128;
System.out.println("i3和i4对象是否是同一个对象？" + (i3 == i4));
}
}
为什么第一个输出语句输出的是true，第二个输出语句输出的是false？通过反编译软件进行反编译，代码如下：
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
Integer i1 = Integer.valueOf((int)127);
Integer i2 Integer.valueOf((int)127);
System.out.println((String)new
StringBuilder().append((String)"i1\u548ci2\u5bf9\u8c61\u662f\u5426\u662f\u5
40c\u4e00\u4e2a\u5bf9\u8c61\uff1f").append((boolean)(i1 ==
i2)).toString());
Integer i3 = Integer.valueOf((int)128);
Integer i4 = Integer.valueOf((int)128);
System.out.println((String)new
StringBuilder().append((String)"i3\u548ci4\u5bf9\u8c61\u662f\u5426\u662f\u5
40c\u4e00\u4e2a\u5bf9\u8c61\uff1f").append((boolean)(i3 ==
i4)).toString());
}
}
上面代码可以看到，直接给Integer类型的变量赋值基本数据类型数据的操作底层使用的是valueOf() ，所以只需要看该方法即可
public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {
public static Integer valueOf(int i) {
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
private static class IntegerCache {
static final int low = -128;
static final int high;
static final Integer cache[];
static {
int h = 127;
String integerCacheHighPropValue =
sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
if (integerCacheHighPropValue != null) {
try {
int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
i = Math.max(i, 127);
// Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
} catch( NumberFormatException nfe) {
}
}
high = h;
cache = new Integer[(high - low) + 1];
int j = low;
for(int k = 0; k < cache.length; k++)
cache[k] = new Integer(j++);
// range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
assert IntegerCache.high >= 127;
}
private IntegerCache() {}
}
}
可以看到 Integer 默认先创建并缓存 -128 ~ 127 之间数的 Integer 对象，当调用 valueOf时如果参数在 -128 ~ 127 之间则计算下标并从缓存中返回，否则创建一个新的 Integer 对象。
