享元模式（Flyweight Pattern）

意圖

運用共享技術來有効地支持大量細粒度對象的複用。

相同對象只要保存一份，這降低了系統中對象的數量，從而降低了系統中細粒度對象給內存帶來的壓力。

動機

在面向對象程序設計過程中，有時會面臨要創建大量相同或相似對象實例的問題。創建那麼多的對象將會耗費很多的系統資源，如果能把它們相同的部分提取出來共享，則能節省大量的系統資源。

適用性

享元模式的應用場景如：

• 系統中存在大量相同或相似的對象，這些對象耗費大量的內存資源。
• 大部分的對象可以按照內部狀態進行分組，且可將不同部分外部化，這樣每一個組只需保存一個內部狀態。
• 由於享元模式需要額外維護一個保存享元的數據結構，所以應當在有足夠多的享元實例時才值得使用享元模式。

結構

享元模式中存在以下兩種狀態：

• 內部狀態，即不會隨着環境的改變而改變的可共享部分；
• 外部狀態，指隨環境改變而改變的不可以共享的部分。享元模式的實現關鍵在於區分應用中的這兩種狀態，並將外部狀態外部化。

享元模式的主要角色有：

• 抽象享元類（Flyweight）:是所有的具體享元類的基類，爲具體享元規範需要實現的公共接口，非享元的外部狀態以參數的形式通過方法傳入。
• 具體享元類（ConcreteFlyweight）：實現 Flyweight 的接口。
• 非共享具體類（UnshareConcreteFlyweight)：不參與共享的外部狀態，它以參數的形式注入具體享元的相關方法中。
• 享元工廠類（FlyweightFactory）：負責創建和管理具體享元類。

實現

// 享元接口（抽象享元類）
public interface Flyweight {	
	void operation(String state);
}

// 具體享元類
public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
	
	// 內部狀態，同一個享元對象的內部狀態相同
	private String intrinsicState;

	public ConcreteFlyweight(String intrinsicState) {
		this.intrinsicState = intrinsicState;
		System.out.println("創建具體享元對象，內部狀態爲" + intrinsicState);
	}

	//根據外部狀態進行邏輯處理
	@Override
	public void operation(String extrinsicState) {
		System.out.println("Object address: " + System.identityHashCode(this));
        System.out.println("intrinsicState: " + intrinsicState);
        System.out.println("extrinsicState: " + extrinsicState);
	}
}

// 享元工廠類
public class FlyweightFactory {

	private HashMap<String, Flyweight> cachePool = new HashMap<String, Flyweight>(16);

	public Flyweight getFlyweight(String intrinsicState) {
		Flyweight flyweight = null;
		if (cachePool.containsKey(intrinsicState)) {
			flyweight = cachePool.get(intrinsicState);
			System.out.println("已存在享元對象直接獲取，內部狀態爲" + intrinsicState);
		} else {
			flyweight = new ConcreteFlyweight(intrinsicState);
			cachePool.put(intrinsicState, flyweight);
		}
		return flyweight;
	}
}

// 測試客戶端
public class TestClient {

	public static void main(String[] args) {	
		FlyweightFactory factory=new FlyweightFactory();
		// 只創建一次享元對象
		Flyweight a0 = factory.getFlyweight("A");
		Flyweight a1 = factory.getFlyweight("A");	
		a0.operation("a0");       
		a1.operation("a1"); 	
	}
}

已知應用

String常量池、數據庫連接池、緩衝池等池技術的實現都應用了享元模式。

• Java中String字符串常量池
• Integer的享元模式解析
• 7種結構型模式之：享元模式（Flyweight）與數據庫連接池的原理
• Apache commons-pool2-2.4.2源碼學習筆記

相關模式

描述此模式和其他模式之間的關係。

參考資料

• 《Head First 設計模式》
• 圖說設計模式
• Java設計模式：23種設計模式全面解析（超級詳細）