11、设计模式之享元模式

定义

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。拆解定义：享-共享，元-元数据。

结构

享元（Flyweight）模式中存在以下两种状态：

1. 内部状态：不会随着环境的改变而改变的可共享部分
2. 外部状态：随环境改变而改变的不可共享的部分。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（Flyweight）模式中存在以下几种角色：

• 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）。
• 具体享元角色（Concrete Flyweight）:它实现类抽象享元类，称为享元对象；在具体享元类中为内部状态提供了存储攻坚。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。
• 非享元角色（Unshareble Flyweight）：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；当需要一个非享元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）：负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元时，享元工厂检查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；如果不存在则创建一个新的享元对象。

案例

【例】俄罗斯方块
下图就是俄罗斯方块，如果在这个游戏中，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内存空间，下面利用享元模式进行实现。

下图总共有七种形状：I形、J形、L形、O形、Z形、T形、S形，每个图形的颜色都不一样。（颜色就相当于不可共享的外部状态，每个小方块就相当于可以共享的内部状态。）

类图如下：

抽象享元角色

package com.hupp.flyweight;

/**
 * 抽象享元角色
 */
public abstract class AbstractBox {
    
    

    //获取图形的方法
    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);
    }
}

具体享元角色：这里创建三个图形就够了

package com.hupp.flyweight;

/**
 * I图形（具体享元角色）
 */
public class IBox extends AbstractBox{
    
    
    @Override
    public String getShape() {
    
    
        return "I";
    }
}

package com.hupp.flyweight;

/**
 * L图形（具体享元角色）
 */
public class LBox extends AbstractBox{
    
    
    @Override
    public String getShape() {
    
    
        return "L";
    }
}

package com.hupp.flyweight;

/**
 * O图形（具体享元角色）
 */
public class OBox extends AbstractBox{
    
    
    @Override
    public String getShape() {
    
    
        return "O";
    }
}

享元工厂角色

package com.hupp.flyweight;

import java.util.HashMap;

/**
 * 工厂类，设计为单例
 */
public class BoxFactory {
    
    
    private static BoxFactory factory = new BoxFactory();
    private HashMap<String,AbstractBox> map;

    private BoxFactory(){
    
    
        map = new HashMap<String,AbstractBox>();
        map.put("I",new IBox());
        map.put("L",new LBox());
        map.put("O",new OBox());
    }

    //根据名称获取图形对象
    public AbstractBox getShape(String name){
    
    
        return map.get(name);
    }

    //获取工厂类，单例模式
    public static BoxFactory getInstance(){
    
    
        return factory;
    }
}

客户端类

package com.hupp.flyweight;

public class Client {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        //获取I图形对象
        AbstractBox i = BoxFactory.getInstance().getShape("I");
        i.display("灰色");

        //获取L图形对象
        AbstractBox l = BoxFactory.getInstance().getShape("L");
        l.display("绿色");

        //获取O图形对象
        AbstractBox o = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
        o.display("灰色");

        //获取O图形对象
        AbstractBox o1 = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
        o1.display("红色");

        System.out.println("两次获取到的O图形是否为同一个对象："+(o==o1));
    }
}

优缺点

1. 优点
   • 极大的减少内存中相似或相同对象的数量，节约系统资源，提高系统性能
   • 享元模式中的外部状态相对独立，且不影响内部状态
2. 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，逻辑变得复杂