设计模式 -- 享元模式（Flyweight Pattern）

1 问题引出

小型的外包项目，给客户 A 做一个产品展示网站，客户 A 的朋友感觉效果不错，也希望做这样的产品展示网站，但是要求都有些不同：

有客户要求以新闻的形式发布

有客户人要求以博客的形式发布

有客户希望以微信公众号的形式发布

直接复制粘贴一份，然后根据客户不同要求，进行定制修改

给每个网站租用一个空间

方案设计示意图

2 基本介绍

享元模式（Flyweight Pattern）也叫 蝇量模式: 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象
常用于系统底层开发，解决系统的性能问题。像数据库连接池，里面都是创建好的连接对象，在这些连接对象中有我们需要的则直接拿来用，避免重新创建，如果没有我们需要的，则创建一个
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
享元模式经典的应用场景就是池技术了，String 常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用，享元模式是池技术的重要实现方式

3 原理结构

3.1 类图

3.2 说明

FlyWeight 是抽象的享元角色, 他是产品的抽象类, 同时定义出对象的外部状态和内部状态(后面介绍) 的接口或实现

ConcreteFlyWeight 是具体的享元角色，是具体的产品类，实现抽象角色定义相关业务

UnSharedConcreteFlyWeight 是不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂。

FlyWeightFactory 享元工厂类，用于构建一个池容器(集合)，同时提供从池中获取对象方法

4 内部状态和外部状态

比如围棋、五子棋、跳棋，它们都有大量的棋子对象，围棋和五子棋只有黑白两色，跳棋颜色多一点，所以棋子颜色就是棋子的内部状态；而各个棋子之间的差别就是位置的不同，当我们落子后，落子颜色是定的，但位置是变化的，所以棋子坐标就是棋子的外部状态

享元模式提出了两个要求：细粒度和共享对象。这里就涉及到内部状态和外部状态了，即将对象的信息分为两个部分：内部状态和外部状态
内部状态指对象共享出来的信息，存储在享元对象内部且不会随环境的改变而改变
外部状态指对象得以依赖的一个标记，是随环境改变而改变的、不可共享的状态。
举个例子：围棋理论上有 361 个空位可以放棋子，每盘棋都有可能有两三百个棋子对象产生，因为内存空间有限，一台服务器很难支持更多的玩家玩围棋游戏，如果用享元模式来处理棋子，那么棋子对象就可以减少到只有两个实例，这样就很好的解决了对象的开销问题

5 应用实例

5.1 类图

5.2 代码实现

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //  TODO Auto-generated method stub

        //  创建一个工厂类
        WebSiteFactory factory = new WebSiteFactory();

        //  客户要一个以新闻形式发布的网站
        WebSite webSite1 = factory.getWebSiteCategory("新闻");

        webSite1.use(new User("tom"));

        //  客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite webSite2 = factory.getWebSiteCategory("博客");

        webSite2.use(new User("jack"));

        //  客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite webSite3 = factory.getWebSiteCategory("博客");

        webSite3.use(new User("smith"));

        //  客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite webSite4 = factory.getWebSiteCategory("博客");

        webSite4.use(new User("king"));

        System.out.println("网站的分类共=" + factory.getWebSiteCount());

    }

}


// 具体网站
public class ConcreteWebSite extends WebSite {

    //  共享的部分，内部状态
    private String type = ""; //  网站发布的形式(类型)

    //  构造器
    public ConcreteWebSite(String type) {

        this.type = type;
    }

    @Override
    public void use(User user) {
        //  TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("网站的发布形式为:" + type + " 在使用中 .. 使用者是" + user.getName());
    }

}

public abstract class WebSite {
	public abstract void use(User user);// 抽象方法
}


//  网站工厂类，根据需要返回压一个网站
public class WebSiteFactory {

    //  集合， 充当池的作用
    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，并放入到池中,并返回
    public WebSite getWebSiteCategory(String type) {
        if (!pool.containsKey(type)) {
            //  就创建一个网站，并放入到池中
            pool.put(type, new ConcreteWebSite(type));
            return (WebSite) 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();
    }
}

6 优缺点

5.1 优点

显著减少内存消耗：通过共享相同的对象实例，大幅减少需要创建的对象数量，从而降低了内存消耗。
提高系统性能和资源利用率：共享对象减少了大量相似或相同的对象的创建，提高了系统资源的利用效率。
外部状态独立：享元模式将对象的状态分为内部状态和外部状态，内部状态是共享的，而外部状态随环境改变而改变，并且不会影响内部状态。

5.2 缺点

增加系统设计的复杂性：享元模式提高了系统的复杂度。需要分离出内部状态和外部状态，而外部状态具有固化特性，不应该随着内部状态的改变而改变，这是我们使用享元模式需要注意的地方。
维护享元池增加开销：需要维护一个存储享元对象的享元池，这需要耗费一定的系统资源，并且要考虑线程安全问题。
可能增加运行时间：读取和设置外部状态可能会使运行时间变长，因为需要在客户端和享元对象之间传递这些状态。

7 总结

享元模式，可以理解为“享”就表示共享，“元”表示对象。每当系统中有大量对象，这些对象消耗大量内存，并且对象的状态大部分可以外部化时，我们就可以考虑选用享元模式，可以显著减少内存使用和提高性能。然而，它也带来了设计复杂性的提升及维护享元池的额外开销。因此，在实际应用中需要仔细评估其利弊，并在适当的情况下使用享元模式来优化系统性能。

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