Java设计模式—享元模式

作者: 怡红快绿 | 来源:发表于2020-08-11 16:03 被阅读0次

享元模式采用共享机制来避免大量拥有相同内容对象的开销。这种开销最常见、最直观的就是内存的损耗。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的，并且是不会随环境的改变而有所不同。因此，一个享元可以具有内蕴状态并可以共享。
外蕴状态是随环境的改变而改变的、不可以共享的。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。外蕴状态不可以影响享元对象的内蕴状态，它们是相互独立的。

组成结构

享元模式一般有三个角色：

抽象享元(Flyweight)角色：给出一个抽象接口，以规定出所有具体享元角色需要实现的方法。
具体享元(ConcreteFlyweight)角色：实现抽象享元角色所规定出的接口。如果有内蕴状态的话，必须负责为内蕴状态提供存储空间。
享元工厂(FlyweightFactory)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。当一个客户端对象调用一个享元对象的时候，享元工厂角色会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合适的享元对象。

简单应用

以象棋游戏为例，假设我们把每颗棋子看成是一个对象，那么每开启一个棋局需要创建32个棋子对象，那如果同时存在一百万个棋局的话就很可怕了！！！我们试着用享元模式解决这个问题。

首先划分外蕴状态和内蕴状态

外蕴状态：不同的棋子角色是不确定的，创建棋子的时候才会确认是什么角色。
内蕴状态：棋子的形状和大小基本是不会变化的，不会随着棋子角色变化而变化。

1、抽象享元(Flyweight)角色

定义一个创建棋子的接口

public interface IChess {
    /**
     * 棋子信息
     */
    void info();
}

2、具体享元(ConcreteFlyweight)角色

实现棋子的创建并打印棋子信息

public class Chess implements IChess {

    public static final String TAG = "Chess";

    //可变
    private String role; //棋子角色

    //不可变
    private String shape = "CIRCLE";  //棋子形状
    private int radius = 100; //棋子半径大小

    public Chess(String role) {
        this.role = role;
    }

    @Override
    public void info() {
        Log.d(TAG, String.format("角色%s，形状%s，大小%d", role, shape, radius));
    }
}

3、享元工厂(FlyweightFactory)角色

负责创建棋子，使用HashMap保存已创建的棋子达到复用目的

public class ChessFactory {

    private static HashMap<String, Chess> chessHashMap = new HashMap<>(); //负责存储共享对象

    //如果共享Map内已经存在role角色的棋子，直接复用；否则创建新棋子
    public static Chess getChess(String role) {
        Chess chess = chessHashMap.get(role);
        if (chess == null) {
            Log.d(TAG, "=================创建一个新的棋子=================");
            chess = new Chess(role);
            chessHashMap.put(role, chess);
        }
        return chess;
    }
}

随机创建30个棋子（六种角色），查看程序运行结果：

public void button(View view) {
    String[] roles = {"将", "帅", "车", "马", "炮", "兵"};
    //创建30个棋子
    for (int i = 0; i < 30; i++) {
        ChessFactory.getChess(roles[(int) (Math.random() * 1000) % 6]).createChess();
    }
}

2020-08-11 15:20:56.774 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: =================创建一个新的棋子=================
2020-08-11 15:20:56.774 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色车，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.774 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: =================创建一个新的棋子=================
2020-08-11 15:20:56.774 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色炮，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.774 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: =================创建一个新的棋子=================
2020-08-11 15:20:56.775 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色马，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.775 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: =================创建一个新的棋子=================
2020-08-11 15:20:56.775 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色兵，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.775 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色炮，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.776 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色马，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.776 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: =================创建一个新的棋子=================
2020-08-11 15:20:56.776 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色将，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.776 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色兵，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.776 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色将，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.776 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: =================创建一个新的棋子=================
2020-08-11 15:20:56.777 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色帅，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.777 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色帅，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.777 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色车，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.777 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色帅，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.778 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色车，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.778 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色将，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.778 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色马，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.778 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色马，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.779 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色帅，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.779 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色帅，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.779 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色兵，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.780 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色马，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.780 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色马，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.780 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色炮，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.780 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色将，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.780 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色将，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.781 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色马，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.781 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色马，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.781 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色车，形状CIRCLE，大小100
2020-08-11 15:20:56.781 16675-16675/com.android.multidex D/Chess: 角色马，形状CIRCLE，大小100

从结果可以看出，每个角色的棋子都只有在第一次使用的时候需要创建，也就是说棋子对象的个数只与角色数量有关。这样就成功实现了对象的共享复用，减少了因重复创建相同内容的对象带来的内存开销。

优缺点

优点

极大的减少系统中对象的个数，降低内存的消耗；
享元模式的外部状态相对独立，而且不会影响其内部状态，从而使得享元对象可以在不同的环境中被共享。

缺点

为了使对象可以共享，需要划分内蕴状态和外蕴状态，使得程序的设计变得复杂。

享元模式与对象池的区别

相同点：

享元模式和对象池的最终目标是相同的，都是为了减少对象的数量，减少内存的使用。它们都是通过维护和共享一组对象实现对象的复用。

不同点：

享元模式是结构型模式。它把可以变化的状态剥离出来并对外提供接口，并且共享不变的东西。享元对外提供的接口常常会包含一个String类型的参数，通常参数与对象是一对一的关系。
而对象池是构造型模式，侧重于提供整个对象实例。对调用者而言对象池提供的对象都没有区别，这个可以用，那个也可以用。

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本文标题：Java设计模式—享元模式

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