Java设计模式之享元模式

1.1. 概述

定义：

运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似对象的开销，从而提高系统资源的利用率。

 

1.2. 结构

享元（Flyweight ）模式中存在以下两种状态：

1. 内部状态，即不会随着环境的改变而改变的可共享部分。

2. 外部状态，指随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这两种状态，并将外部状态外部化。

享元模式的主要有以下角色：

     *抽象享元角色（Flyweight）：通常是一个接口或抽象类，在抽象享元类中声明了具体享元类公

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

来设置外部数据（外部状态）。

    *具体享元（Concrete Flyweight）角色 ：它实现了抽象享元类，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（Unsharable Flyweight)角色 ：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（Flyweight Factory）角色 ：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，享元工厂检査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，则创建一个新的享元对象。

1.3.案例实现

【例】俄罗斯方块

下面的图片是众所周知的俄罗斯方块中的一个个方块，如果在俄罗斯方块这个游戏中，每个不同的方块

都是一个实例对象，这些对象就要占用很多的内存空间，下面利用享元模式进行实现。

先来看类图：

代码如下：

俄罗斯方块有不同的形状，我们可以对这些形状向上抽取出AbstractBox，用来定义共性的属性和行为。/**

 * @version v1.0
 * @ClassName: AbstractBox
 * @Description: 抽象享元角色
 * @Author: 黑马程序员
 */
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);
    }
}

 

接下来就是定义不同的形状了，IBox类、LBox类、OBox类等。

/**
 * @version v1.0
 * @ClassName: IBox
 * @Description: I图形类(具体享元角色)
 * @Author: 黑马程序员
 */
public class IBox extends AbstractBox {

    public String getShape() {
        return "I";
    }
}


/**
 * @version v1.0
 * @ClassName: IBox
 * @Description: L图形类(具体享元角色)
 * @Author: 黑马程序员
 */
public class LBox extends AbstractBox {

    public String getShape() {
        return "L";
    }
}



/**
 * @version v1.0
 * @ClassName: IBox
 * @Description: O图形类(具体享元角色)
 * @Author: 黑马程序员
 */
public class OBox extends AbstractBox {

    public String getShape() {
        return "O";
    }
}

 提供了一个工厂类（BoxFactory），用来管理享元对象（也就是AbstractBox子类对象），该工厂类对象只需要一个，所以可以使用单例模式。并给工厂类提供一个获取形状的方法。 

/**
 * @version v1.0
 * @ClassName: BoxFactory
 * @Description: 工厂类，将该类设计为单例
 * @Author: 黑马程序员
 */
public class BoxFactory {

    private HashMap<String,AbstractBox> map;

    //在构造方法中进行初始化操作
    private BoxFactory() {
        map = new HashMap<String, AbstractBox>();
        map.put("I",new IBox());
        map.put("L",new LBox());
        map.put("O",new OBox());
    }

    //提供一个方法获取该工厂类对象
    public static BoxFactory getInstance() {
        return factory;
    }

    private static BoxFactory factory = new BoxFactory();

    //根据名称获取图形对象
    public AbstractBox getShape(String name) {
        return map.get(name);
    }
}

 

 客户端类:

/**
 * @version v1.0
 * @ClassName: Client
 * @Description: TODO(一句话描述该类的功能)
 * @Author: 黑马程序员
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //获取I图形对象
        AbstractBox box1 = BoxFactory.getInstance().getShape("I");
        box1.display("灰色");

        //获取L图形对象
        AbstractBox box2 = BoxFactory.getInstance().getShape("L");
        box2.display("绿色");

        //获取O图形对象
        AbstractBox box3 = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
        box3.display("灰色");

        //获取O图形对象
        AbstractBox box4 = BoxFactory.getInstance().getShape("O");
        box4.display("红色");

        System.out.println("两次获取到的O图形对象是否是同一个对象：" + (box3 == box4));
    }
}

 

 1.5 优缺点和使用场景

1，优点

极大减少内存中相似或相同对象数量，节约系统资源，提供系统性能

享元模式中的外部状态相对独立，且不影响内部状态

2，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

3，使用场景：

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。

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。

在使用享元模式时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

当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。