設計之禪——享元模式

引言

之前已經寫了17篇關於設計模式的文章，而這些設計模式大都是爲了降低代碼之間的耦合，避免違反開閉原則，但它們大都有同樣的一個缺點，產生更多的類和對象，如果數量達到一定程度，就會導致系統性能降低，而今天要講的這個模式就是爲了解決這樣的一個問題，它就是享元模式。

正文

定義

享元模式是爲了儘可能地劃分出細粒度對象並複用，減少內存資源的佔用，因而它是一種優化系統性能的模式。

爲什麼是細粒度的對象複用呢？因爲對象越大，對象的複用率並不高（在系統運行時你不可能總是會使用一些很大的對象），如果將其緩存下來，對系統而言反而是負擔。並且有可能那些特大的對象是我們自己因爲方便而創造出來的，承擔了很多的責任，而你常用的可能只是其中的一部分功能，所以我們需要儘可能的劃分出細粒度對象並緩存起來。因其輕量級特性，享元模式又稱爲蠅量模式。

好吧，那照你這麼說，我只需要緩存對象就行了，難道這就是享元模式麼？

當然不是。將對象細粒度劃分後，有其固有不變的屬性，也有些屬性可能會隨着環境的改變而改變，如果將這些屬性都放到一個對象裏，那還怎麼複用這個對象呢？享元模式則是將屬性進行劃分，固有屬性放在對象內部，稱爲內在屬性，而會變化的部分則放在對象的外部，稱爲外在屬性，並通過方法參數傳遞進去，這樣我們就能複用這個對象了。

你這麼說我好像懂了，但還是很模糊。

是的，概念總是抽象的，我舉個例子。比如你有一張圖片，需要顯示在電腦桌面的不同位置，那麼只需要將座標位置屬性抽離出來，根據你的設置動態顯示就行了，這裏座標就是外部會變化的屬性。

這樣就很清楚了，那我在網上看到很多博客都說Java中的字符串就是享元模式的應用，你覺得呢？

我也看到了，但個人不太認同這樣的觀點，String只是利用了緩存，並不能說明使用了享元模式，並且字符串的固有屬性和外部屬性是什麼呢？字符串本身內容嗎？那使用享元模式實現就有些多此一舉了。不過不用太糾結這一點，我們的重點是學習享元模式。

那應該如何實現享元模式呢？

我們先來看看其類圖：

從類圖上看享元模式具有三個角色：

• 抽象享元接口或抽象類
• 具體享元類（需要共享的對象）
• 享元工廠

享元模式常常需要配合工廠模式使用，使用工廠是爲了維護一個共享對象池，將對象緩存到該池中，該池一般使用類似Map的鍵值對來實現，並提供一個方法供外部獲取池中對象，如果池中沒有該對象，就新建一個並放入池中。

說了這麼多，快讓我看代碼吧！

好的，當然沒問題。我想大多數人都知道CS這款遊戲，曾經火遍全球。想想看如果每個角色都新建一個對象是不是很浪費內存呢？畢竟它們基本上一樣，只是需要經常切換武器裝備啊。這就可以使用享元來達到節省內存的目的了啊，就像下面這樣：

Coding

public abstract class AbstractPlayer {

    private String weapon;
    protected String mission;


    public void assignWeapon(String weapon) {
        System.out.println("使用武器：" + weapon);
        this.weapon = weapon;
    }

    public void execute() {
        System.out.println("execute mission: " + mission);
    }
}

public class Police extends AbstractPlayer {

    public Police() {
        this.mission = "kill terrorist!";
    }

}

public class Terrorist extends AbstractPlayer {

    public Terrorist() {
        this.mission = "kill police!";
    }
}

首先我創建了一個抽象的玩家角色類，並實現了土匪和警察兩個具體的類，對於這兩類玩家而言，任務是不會改變的：土匪殺警察，警察殺土匪。而對所有角色而言，武器是隨時都會更換的，因此抽離到外部並通過參數傳入進來。而對象的創建工廠如下：

public class PlayerFactory {

    private static Map<String, AbstractPlayer> pool = new HashMap<>();

    public static AbstractPlayer getPlayer(String type) throws Exception {
        AbstractPlayer player = pool.get(type);
        if (player == null) {
            switch (type) {
                case "P":
                    System.out.println("Create police: ");
                    player = new Police();
                    break;
                case "T":
                    System.out.println("Create terrorist: ");
                    player = new Terrorist();
                    break;
                default:
                    throw new Exception("無此類型的玩家！");
            }
        }
        return player;
    }

}

很簡單，玩家調用getPlayer方法並傳入對應的標識創建警察或是土匪。

public class CS {

    // 角色表示
    private static String[] players = {"T", "P"};
    // 武器類型
    private static String[] weapons = {"AK-47", "Knife", "Sniper"};

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            AbstractPlayer player = PlayerFactory.getPlayer(getPlayer(i));
            player.assignWeapon(getWeapon(i));

            player.execute();
        }
    }

    /**
     * 隨機創建土匪或是警察
     */
    private static String getPlayer(int i) {
        return players[i % players.length];
    }

    /**
     * 隨機獲取武器
     */
    private static String getWeapon(int i) {
        return weapons[i % weapons.length];
    }

}

這裏看起來實現非常簡單，但在實際開發中，要精確把控區分可共享域和不可共享域是非常難的，並且這裏只見到了單純享元模式，另外還有複合享元模式，筆者不再打算展開講述，感興趣的可自行查閱資料。

總結

享元模式在提高對象複用性，節省內存方面非常有用，但在複用度不高時，並不建議使用享元模式，因爲享元工廠本身需要維護一個共享池，浪費資源。並且，需要將變化屬性外部化，使得程序邏輯變得複雜難以理解，同時，外部屬性也會導致運行時間變長。

參考

• GeeksForGeeks
• 享元模式