设计模式之享元模式

享元模式

举例分析1：

展示网站项目需求
小型的外包项目，给客户A做一个产品展示网站，客户A的朋友感觉效果不错，也希
望做这样的产品展示网站，但是要求都有些不同：

1. 有客户要求以新闻的形式发布
2. 有客户人要求以博客的形式发布
3. 有客户希望以微信公众号的形式发布

举例分析2：

在大学时代，估计每个人都去图书馆借过书。借书的流程很简单，如果书架上有这本书直接拿走，到借阅机上借阅就好了，如果没有，可以到图书管理处去拿一本新书。对于整个图书馆来说，书其实就是共享的，但是我们会发现其实每次借的书都是那些破旧一点的书，而不是新书，这是因为学生太多了，如果我们每一次借书都拿出来一本新书，那整个图书馆估计会放不下，对于我们借书的流程和图书共享的方式就是享元模式。

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传统方案解决网站展现项目

1. 直接复制粘贴一份，然后根据客户不同要求，进行定制修改
2. 给每个网站租用一个空间
3. 方案设计示意图

传统方案解决网站展现项目-问题分析

1. 需要的网站结构相似度很高，而且都不是高访问量网站，如果分成多个虚拟空间来
   处理，相当于一个相同网站的实例对象很多，造成服务器的资源浪费
2. 解决思路：整合到一个网站中，共享其相关的代码和数据，对于硬盘、内存、CPU、
   数据库空间等服务器资源都可以达成共享，减少服务器资源
3. 对于代码来说，由于是一份实例，维护和扩展都更加容易
4. 上面的解决思路就可以使用 享元模式 来解决

基本介绍

如果在一个系统中存在多个相同的对象，那么只需要共享一份对象的拷贝,而不必为每一次使用都创建新的对象。目的是提高系统性能。

1. 享元模式（Flyweight Pattern） 也叫 蝇量模式: 运
   用共享技术有效地支持大量细粒度的对象
2. 常用于系统底层开发，解决系统的性能问题。像
   数据库连接池，里面都是创建好的连接对象，在
   这些连接对象中有我们需要的则直接拿来用，避
   免重新创建，如果没有我们需要的，则创建一个
   3) 享元模式能够解决重复对象的内存浪费的问题，
   当系统中有大量相似对象，需要缓冲池时。不需
   总是创建新对象，可以从缓冲池里拿。这样可以
   降低系统内存，同时提高效率
3. 享元模式经典的应用场景就是池技术了，String常
   量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式
   的应用，享元模式是池技术的重要实现方式

享元模式的原理类图

1)享元工厂（Llibrary）：用于创建具体享元类，维护相同的享元对象。当请求对象已经存在时，直接返回对象，不存在时，在创建对象。在例子中的解释就是图书馆，保存了所有的书，当学生借书时，有就拿走，没有买一本新书。这里面其实是使用了单例模式的。
2) FlyWeight 是抽象的享元角色, 他是产品的抽象类, 同时定义出对象的外部状态和内部状态(后面介绍) 的接口或实现
3) ConcreteFlyWeight 是具体的享元角色，是具体的产品类，实现抽象角色定义相关业务
4) UnSharedConcreteFlyWeight 是不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂

代码编写：

FlyWeight ：定义需要共享的对象业务接口。享元类被创建出来总是为了实现某些特定的业务逻辑.

/**
* 定义抽象享元类（Book）
*
* 抽象享元（Book）：定义需要共享的对象业务接口。享元类被创建出来总是为了实现某些特定的业务逻辑.
*/
public interface Book {
    public void borrow();
}

ConcreteFlyWeight ：实现抽象享元类的接口，完成某一具体逻辑。

/**
 * @author 孙一鸣 on 2020/2/13
 * 具体享元（ConcreteBook）：实现抽象享元类的接口，完成某一具体逻辑。在这里表示可以被借出。
 *
 */
public class ConcreteBook  implements Book{
    //被借出的书名
    public  String name;


    public ConcreteBook(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void borrow() {
        System.out.println("图书馆借出一本书，书名为："+this.name);
    }
}

享元工厂（Llibrary）：图书馆，保存了所有的书，当学生借书时，有就拿走，没有买一本新书。

/**
 * 享元工厂
 *
 * @author 孙一鸣 on 2020/2/13
 */
public class Library {
//图书馆维护一个图书列表
    private Map<String,Book> bookPools = new HashMap<String, Book>();
    private static  Library libraryFactory = new Library();

    //图书馆只有一个
    public static Library getInstance(){
        return libraryFactory;
    }

    //图书馆外借图书
    public Book libTo(String bookname){
        Book order = null;
        //如果书架 有，取出这本书
        if(bookPools.containsKey(bookname)){
            order = bookPools.get(bookname);
        }
        else {
            order = new ConcreteBook(bookname);
            bookPools.put(bookname,order);
        }
        return order;
    }

    //图书馆书架上书的数量
    public int getAllBooks(){
        return bookPools.size();
    }
}

学生类：

/**
 * @author 孙一鸣 on 2020/2/13
 */
public class Student {
    private  static List<Book> books =new ArrayList<>();
    private static  Library library;

    private static void studentBorrow(String name){
        books.add(library.libTo(name));
    }

    public static void main(String[] args) {
        library = Library.getInstance();
        studentBorrow("JAVA编程思想");
        studentBorrow("JAVA核心卷一");
        studentBorrow("JAVA从入门到精通");
        System.out.println("后两本没学会，又借一次");
        studentBorrow("JAVA核心卷一");
        studentBorrow("JAVA从入门到精通");

        //把每一本书借出去
        for (Book book: books){
            book.borrow();
        }
        System.out.println("学生一共借了"+books.size());
        System.out.println("图书馆实际借出"+library.getAllBooks());
    }
}

结果截图：

内部状态和外部状态

比如围棋、五子棋、跳棋，它们都有大量的棋子对象，围棋和五子棋只有黑白两色，跳棋颜色多一
点，所以棋子颜色就是棋子的内部状态；而各个棋子之间的差别就是位置的不同，当我们落子后，
落子颜色是定的，但位置是变化的，所以棋子座标就是棋子的外部状态

1. 享元模式提出了两个要求：细粒度和共享对象。这里就涉及到内部状态和外部状态
   了，即将对象的信息分为两个部分：内部状态和外部状态
2. 内部状态指对象共享出来的信息，存储在享元对象内部且不会随环境的改变而改变
3. 外部状态指对象得以依赖的一个标记，是随环境改变而改变的、不可共享的状态。
4. 举个例子：围棋理论上有361个空位可以放棋子，每盘棋都有可能有两三百个棋子对象产生，因为内存空间有限，一台服务器很难支持更多的玩家玩围棋游戏，如果用享元模式来处理棋子，那么棋子对象就可以减少到只有两个实例，这样就很好的解决了对象的开销问题

享元模式的注意事项和细节

1. 在享元模式这样理解，“享”就表示共享，“元”表示对象
2. 系统中有大量对象，这些对象消耗大量内存，并且对象的状态大部分可以外部化时，我们就可以考虑选用享元模式
3. 用唯一标识码判断，如果在内存中有，则返回这个唯一标识码所标识的对象，用
   HashMap/HashTable存储
4. 享元模式大大减少了对象的创建，降低了程序内存的占用，提高效率
5. 享元模式提高了系统的复杂度。需要分离出内部状态和外部状态，而外部状态具有固化特性，不应该随着内部状态的改变而改变，这是我们使用享元模式需要注意的地方.
6. 使用享元模式时，注意划分内部状态和外部状态，并且需要有一个工厂类加以控制。
7. 享元模式经典的应用场景是需要缓冲池的场景，比如 String常量池、数据库连接池

享元模式的优点：

（1）节省内存空间，对于可重复的对象只会被创建一次，对象比较多时，就会极大的节省空间。

（2）提高效率，由于创建对象的数量减少，所以对系统内存的需求也减小，使得速度更快，效率更高。

享元模式的缺点

其实对于享元类有内部状态和外部状态，其区分就是图书馆的书一部分可以外借（外部状态），一部分不可外借（内部状态），两个状态的划分对于书籍管理来说优点复杂化了。

享元模式与单例模式的区别

（1）享元设计模式是一个类有很多对象，而单例是一个类仅一个对象。

（2）享元模式是为了节约内存空间，提升程序性能，而单例模式则主要是出于共享状态的目的。