【结构型模型】享元模式

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;}@Overridepublic void draw() {// TODO Auto-generated method stubSystem.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 stubfor(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);}
}
        2.5 UML图

三、代码结构图

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