享元模式Flyweight——结构型模式

我就是我 2022-08-04 04:26 168阅读 0赞

# 意图 #

享元模式以共享的方式高效地支持大量的细粒度对象。享元对象能做到共享的关键是区分内蕴状态（Internal State）和外蕴状态（External State）。内蕴状态是存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改变。因此内蕴状态并可以共享。  
外蕴状态是随环境改变而改变的、不可以共享的状态。享元对象的外蕴状态必须由客户端保存，并在享元对象被创建之后，在需要使用的时候再传入到享元对象内部。外蕴状态与内蕴状态是相互独立的。

# 应用 #

享元模式在编辑器系统中大量使用。一个文本编辑器往往会提供很多种字体，而通常的做法就是将每一个字母做成一个享元对象。享元对象的内蕴状态就是这个字母，而字母在文本中的位置和字模风格等其他信息则是外蕴状态。比如，字母a可能出现在文本的很多地方，虽然这些字母a的位置和字模风格不同，但是所有这些地方使用的都是同一个字母对象。这样一来，字母对象就可以在整个系统中共享。

## 适用性 ##

1）一个应用程序使用大量相同或者相似的对象，造成很大的存储开销。

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）如果删除对象的外部状态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象。

4） 应用程序不依赖于对象标识。由于Flyweight对象可以被共享，对于概念上明显有别的对象，标识测试将返回真值。

5）使用享元模式需要维护一个存储享元对象的享元池，而这需要耗费资源，因此，应当在多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式

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# 结构图 #

![这里写图片描述][20150817181702602]

享元模式所涉及的角色有抽象享元角色、具体享元角色、复合享元角色、享员工厂角色，以及客户端角色等。

抽象享元角色：此角色是所有的具体享元类的超类，为这些类规定出需要实现的公共接口。那些需要外蕴状态(External State)的操作可以通过方法的参数传入。抽象享元的接口使得享元变得可能，但是并不强制子类实行共享，因此并非所有的享元对象都是可以共享的。

具体享元(ConcreteFlyweight)角色：实现抽象享元角色所规定的接口。如果有内蕴状态的话，必须负责为内蕴状态提供存储空间。享元对象的内蕴状态必须与对象所处的周围环境无关，从而使得享元对象可以在系统内共享。有时候具体享元角色又叫做单纯具体享元角色，因为复合享元角色是由单纯具体享元角色通过复合而成的。

复合享元(UnsharableFlyweight)角色：复合享元角色所代表的对象是不可以共享的，但是一个复合享元对象可以分解成为多个本身是单纯享元对象的组合。复合享元角色又称做不可共享的享元对象。

享元工厂(FlyweightFactoiy)角色：本角色负责创建和管理享元角色。本角色必须保证享元对象可以被系统适当地共享。当一个客户端对象请求一个享元对象的时候，享元工厂角色需要检查系统中是否已经有一个符合要求的享元对象，如果已经有了，享元工厂角色就应当提供这个已有的享元对象；如果系统中没有一个适当的享元对象的话，享元工厂角色就应当创建一个新的合适的享元对象。

客户端(Client)角色：本角色还需要自行存储所有享元对象的外蕴状态。

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# 示例 #

下面是一个例子，我们把所有不同的对象放到一个散列表里面，然后用get(key)的形式来返回一个对象，当用key能在散列表里面找到相应的对象的时候就直接返回，如果找不到，就实例化一个对象，把它放在散列表里面，并且返回这个对象，下一次get这个对象的时候就不会再实例化而是直接从散列表里面返回这个对象的引用。

package flyWeight;
    
    import java.util.Hashtable;
    
    abstract class Flyweight
    {
        public abstract void operation();
    }
    
    class ConcreteFlyweight extends Flyweight
    {
        private String string;
        public ConcreteFlyweight(String str)
        {
            string = str;
        }
        public void operation()
        {
            System.out.println("Concrete---Flyweight : " + string);
        }
    }
    
    class FlyweightFactory{
        private Hashtable<String,Flyweight> flyweights = new Hashtable<String,Flyweight>();
        public FlyweightFactory(){}
        public Flyweight getFlyWeight(Object obj){
            Flyweight flyweight = (Flyweight) flyweights.get(obj);
            if(flyweight == null){
                flyweight = new ConcreteFlyweight((String)obj);
                flyweights.put((String) obj, flyweight);
            }
            return flyweight;
        }
        public int getFlyweightSize(){
            return flyweights.size();
        }
    }
    
    class FlyweightPattern{
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory(); 
        Flyweight fly1;
        Flyweight fly2;
        Flyweight fly3;
        Flyweight fly4;
        Flyweight fly5;
        Flyweight fly6;
        public FlyweightPattern(){
            fly1 = factory.getFlyWeight("Google");
            fly2 = factory.getFlyWeight("Qutr");
            fly3 = factory.getFlyWeight("Google");
            fly4 = factory.getFlyWeight("Google");
            fly5 = factory.getFlyWeight("Google");
            fly6 = factory.getFlyWeight("Google");
        }
        public void showFlyweight(){
            fly1.operation();
            fly2.operation();
            fly3.operation();
            fly4.operation();
            fly5.operation();
            fly6.operation();
            int objSize = factory.getFlyweightSize();
            System.out.println("objSize = " + objSize);
        }
    }
    
    public class Test{
        public static void main(String[] args){
            System.out.println("The FlyWeight Pattern!");
            FlyweightPattern fp = new FlyweightPattern();
            fp.showFlyweight();
        }
    }

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# 总结 #

1) 享元模式是一个考虑系统性能的设计模式，通过使用享元模式可以节约内存空间，提高系统的性能。  
2) 享元模式的核心在于享元工厂类，享元工厂类的作用在于提供一个用于存储享元对象的享元池，用户需要对象时，首先从享元池中获取，如果享 元池中不存在，则创建一个新的享元对象返回给用户，并在享元池中保存该新增对象。  
3) 享元模式以共享的方式高效地支持大量的细粒度对象，享元对象能做到共享的关键是区分内部状态(Internal State)和外部状态(External State)。  
(1) 内部状态是存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改变的状态，因此内部状态可以共享。  
(2) 外部状态是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必须由客户端保存，并在享元对象被创建之后，在需要使用的时候 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。

## 优点和缺点 ##

享元模式的优点在于它大幅度地降低内存中对象的数量。但是，它做到这一点所付出的代价也是很高的：

享元模式使得系统更加复杂。为了使对象可以共享，需要将一些状态外部化，这使得程序的逻辑复杂化。  
享元模式将享元对象的状态外部化，而读取外部状态使得运行时间稍微变长。

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