享元模式-java

概念：

享元模式（Flyweight Pattern）主要用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能。它属于结构型模式，它提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式。

享元模式存在两种状态：
内部状态：不会随着环境的改变而改变的的可共享部分
外部状态：指随着环境改变而改变的不可以共享的部分
享元模式的实现要领就是区分应用中的两种状态，将外部状态外部化。

享元模式的角色：

抽象享元角色(Flyweight)：是一个接口或者抽象类，在抽象享元类中声明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设置外部数据(外部状态)

具体享元角色(Concrete Flyweight)：实现了抽象享元类，称为享元对象；在具体享元类中为内部状态提供了存储空间。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(Unsharable 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。当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建

享元工厂角色(Flyweight Factory)：负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时，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；如果不存在的话，创建一个新的享元对象

实现案例：

以小游戏俄罗斯方块为例，提供抽象享元角色（AbstractBox）、具体享元角色（图形LBox、图形ZBox）、享元工厂角色（BoxFactory）。游戏中，不断的有不同颜色的重复图形出现，这里使用享元模式进行实现。不同颜色为外部状态，参数传递进行实现。

//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(图形L)
public class LBox extends AbstractBox {
    @Override
    public String getShape() {
        return "L";
    }
}

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

//享元工厂 单例
public class BoxFactory {
    private Map<String, AbstractBox> map;
    private static BoxFactory instance = new BoxFactory();
    private BoxFactory() {
        map = new HashMap<>();
        map.put("L", new LBox());
        map.put("Z", new ZBox());
    }
    public static BoxFactory getInstance() {
        return instance;
    }
    public AbstractBox getShape(String name) {
        return map.get(name);
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractBox box1 = BoxFactory.getInstance().getShape("L");
        box1.display("绿色");
        AbstractBox box2 = BoxFactory.getInstance().getShape("Z");
        box2.display("黄色");
        AbstractBox box3 = BoxFactory.getInstance().getShape("Z");
        box3.display("红色");
        //享元模式对图形对象进行了共享
        System.out.println(box2==box3);
    }
}

输出结果：

image.png

从输出结果可以得出box2和box3是同一个对象，享元模式对图像进行了共享，将颜色部分外部化。

享元模式优缺点：

优点：
1、极大减少内存中相似或相同对象数量，节约系统资源，提高系统性能
2、享元模式中的外部状态相对独立，且不影响内部状态
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

使用场景：

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、使用享元模式需要维护一个存储享元对象的享元池，而这需要耗费一定的系统资源。因此，应该在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式

扩展知识：

享元模式就是所谓的池化的思想，数据库连接池、线程池、JAVA String用的就是享元模式。这里通过源码分析Java Integer类中的享元模式。

Integer i1 = 127;
Integer i2 = 127;
System.out.println(i1==i2);
Integer i3 = 128;
Integer i4 = 128;
System.out.println(i3==i4);
//输出结果分别是：true  和 false

从输出结果可以得知i1和i2是相同对象，i3和i4是两个不同的对象。
关键方法 valueOf(int),Integer默认先创建并缓存 -128 到 127之间的Integer对象。当调用valueOf时，如果参数在-128 到 127之间，则从缓存中读取返回，否则创建新的Integer对象。

关键源码截图如下：

image.png
image.png