设计模式之享元模式

一、意图

在面向对象系统的设计和实现中，创建对象是最为常见的操作。这里面就有一个问题：如果一个应用程序使用了太多的对象，就会造成很大的存储开销。特别是对于大量轻量级(细粒度)的对象，比如在文档编辑器的设计过程中，我们如果为每个字母创建一个对象的话，系统可能会因为大量的对象而造成存储开销的浪费。

例如一个字母“a”在文档中出现了10000次，而实际上我们可以让这一万个字母“a”共享一个对象，当然因为在不同的位置可能字母“a”有不同的显示效果(例如字体和大小等设置不同)，在这种情况下我们可以将对象的状态分为“外部状态”和“内部状态”，将可以被共享(不会变化)的状态作为内部状态存储在对象中，而外部状态(例如上面提到的字体、大小等)我们可以在适当的时候将外部对象作为参数传递给对象(例如在显示的时候，将字体、大小等信息传递给对象)。

享元模式（Flyweight Pattern）也叫蝇量模式，是一种结构型模式，“享”就表示共享，“元”表示对象。运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象，享元模式能够解决重复对象的内存浪费的问题，当系统中有大量相似对象，需要缓冲池时，不需总是创建新对象，可以从缓冲池里拿。这样可以降低系统内存，同时提高效率。
解决思路：复用对象最简单的方式是，用一个 HashMap 来存放每次新生成的对象。每次需要一个对象的时候，先到 HashMap 中看看有没有，如果没有，再生成新的对象，然后将这个对象放入 HashMap 中。

二、角色职责

Flyweight(抽象享元角色)：享元对象的抽象基类或者接口，声明具体享元角色需要实现的方法，这些方法可以向外界提供对象的内部状态的操作，设置外部状态。
- 内部状态（intrinsic）：是享元对象可共享的属性，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）：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。
ConcreteFlyweight( 具体享元角色): Flyweight的具体实现，实现抽象角色定义的方法。为内部状态提供成员变量进行存储。
UnsharedConcreteFlyweigh( 非共享的享元角色)： 不能被共享的子类，可以设计为非共享享元类。
FlyweightFactory(享元工厂角色)：负责管理享元对象池和创建享元对象，就是构造一个池容器，同时提供从池中获得对象的方法,
- 当请求获取一个享元对象时，享元工厂判断是否存在该享元对象，如果存在则返回；如果不存在的话，则创建一个新的享元对象，保存到池容器中，然后返回给请求者。
- 享元池一般设计成键值对。
- 享元模式一般都是和工厂模式一起出现

三、类图

四、代码实现

场景：现有一外包公司，帮客户A做了一个产品展示网站，网站做好后更多客户觉得效果不错，也希望做个类似网站，但不同的是有客户要求以网页形式发布、有客户要求以微信公众号形式发布、有客户希望以博客形式发布。合理设计达到代码复用，灵活易维护扩展。

一般解法

直接复制粘贴一份，然后再根据客户不同要求，进行定制修改，给每一个网站租用了一个空间。
示意图如下：

问题分析：
首先需要的网站结构相似度很高（设普通网站，非高访问大并发），如果分成多个虚拟空间来处理，相当于一个相同网站的实例对象很多，造成服务器的资源浪费。

解决思路：
全部整合到一个网站中，共享其相关的代码和数据，对于硬盘、内存、CPU、数据库空间等服务器资源都可以达成共享，减少服务器资源。对于代码来说，由于是一份实例，维护和扩展都更加容易=》享元模式。

抽象类：

public abstract class WebSite {
    public abstract void use(User user);
}

抽象实现子类

public class ConcreteWebSite extends WebSite{
    //内部状态
    private String type="";//网站的发布形式

    //创建网站的构造器
    public ConcreteWebSite(String type) {
        this.type = type;
    }

    @Override
    public void use(User user) {
        System.out.println("网站的发布形式为："+type+"，使用者为："+user.getName());
    }
}

享元工厂类

import java.util.HashMap;

public class WebSiteFactory {
    //集合，充当池容器的作用
    private HashMap<String,ConcreteWebSite> pool = new HashMap<>();

    //根据网站的类型，返回一个网站，如果没有就创建一个网站放入池中，并返回
    public WebSite getWebSiteCategory(String type){
        if(!pool.containsKey(type)){
            pool.put(type,new ConcreteWebSite(type));
        }
        return pool.get(type);
    }

    //获取网站分类的总数 (池中有多少个网站类型)
    public int getWebSiteCount(){
        return pool.size();
    }

}

不可共享类

@Data
public class User {//外部状态

    private String name;

    public User(String name) {
        this.name = name;
    }

}

客户端调用类

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //创建一个工厂实例
        WebSiteFactory webSiteFactory = new WebSiteFactory();

        WebSite webSite1 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("网页");
        webSite1.user(new User("客户A"));

        WebSite webSite2 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("微信公众号");
        webSite2.user(new User("客户B"));

        WebSite webSite3 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("微信公众号");
        webSite3.user(new User("客户C"));

        WebSite webSite4 = webSiteFactory.getWebSiteCategory("微信公众号");
        webSite4.user(new User("客户D"));

        System.out.println("网站的分类共："+webSiteFactory.getWebSiteCount()+"种");

        System.out.println("webSite1-"+webSite1.hashCode());
        System.out.println("webSite2-"+webSite2.hashCode());
        System.out.println("webSite3-"+webSite3.hashCode());
        System.out.println("webSite4-"+webSite4.hashCode());
        
    }

五、享元模式的应用场景

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。
需要缓冲池的场景
- 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。

六、总结

享元模式就是使相同的对象共享使用。

（一）优点

极大减少内存中对象的数量，相同或相似对象内存中只存一份，降低程序内存的占用，增强程序的性能。
外部状态相对独立，不影响内部状态

（二）缺点

提高了系统复杂性，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态不应该随内部状态改变而改变，否则导致系统的逻辑混乱。

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From： https://www.cnblogs.com/coolsheep/p/17529823.html

Day11-设计模式之享元模式