Java设计模式十一：享元模式

  享元（Flyweight）模式：运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。

一、定义与特点

  享元（Flyweight）模式的定义：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、避免大量相似类的开销，从而提高系统资源的利用率。

  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。这种类型的设计模式属于结构型模式，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。

  享元模式尝试重用现有的同类对象，如果未找到匹配的对象，则创建新对象。

  在面向对象程序设计过程中，有时会面临要创建大量相同或相似对象实例的问题。创建那么多的对象将会耗费很多的系统资源，它是系统性能提高的一个瓶颈。这些对象有很多相似的地方，如果能把它们相同的部分提取出来共享，则能节省大量的系统资源，这就是享元模式的产生背景。

• 享元模式适用场景
  1、系统中存在大量相同或相似的对象，这些对象耗费大量的内存资源。
  2、大部分的对象可以按照内部状态进行分组，且可将不同部分外部化，这样每一个组只需保存一个内部状态。
  3、由于享元模式需要额外维护一个保存享元的数据结构，所以应当在有足够多的享元实例时才值得使用享元模式。

二、实现方式

（1）创建接口

public interface Shape {
    void draw();
}

（2）实现接口

public class Circle implements Shape {

    private String color;
    private int x;
    private int y;
    private int radius;

    public Circle(String color) {
        super();
        this.color = color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    public void setX(int x) {
        this.x = x;
    }

    public void setY(int y) {
        this.y = y;
    }

    public void setRadius(int radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("绘制圆形-> 长：" + x + "，宽：" + y + "，半径：" + radius + "，颜色：" + color);
    }
}

（3）使用工厂创建对象

public class Factory {

    private static final Map<String, Circle> circleMap = new HashMap<String, Circle>();

    public static Circle getCircle(String color) {
        Circle circle = circleMap.get(color);
        if (circle == null) {
            circle = new Circle(color);
            circleMap.put(color, circle);
            System.out.println("-> 绘制 " + color + " 颜色的圆形");
        }

        return circle;
    }
}

（4）测试实现

public class Test {

    private static final String colors[] = { "Red", "Green", "Blue", "White", "Black" };

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; ++i) {
            Circle circle = Factory.getCircle(getRandomColor());
            circle.setX(getRandomX());
            circle.setY(getRandomY());
            circle.setRadius(100);
            circle.draw();
        }
    }

    private static String getRandomColor() {
        return colors[(int) (Math.random() * colors.length)];
    }

    private static int getRandomX() {
        return (int) (Math.random() * 100);
    }

    private static int getRandomY() {
        return (int) (Math.random() * 100);
    }
}

  测试输出内容

-> 绘制 White 颜色的圆形
绘制圆形-> 长：9，宽：52，半径：100，颜色：White
-> 绘制 Red 颜色的圆形
绘制圆形-> 长：83，宽：30，半径：100，颜色：Red
-> 绘制 Green 颜色的圆形
绘制圆形-> 长：37，宽：32，半径：100，颜色：Green
-> 绘制 Black 颜色的圆形
绘制圆形-> 长：68，宽：41，半径：100，颜色：Black
绘制圆形-> 长：3，宽：72，半径：100，颜色：Black
绘制圆形-> 长：99，宽：46，半径：100，颜色：Black
-> 绘制 Blue 颜色的圆形
绘制圆形-> 长：64，宽：24，半径：100，颜色：Blue
绘制圆形-> 长：90，宽：76，半径：100，颜色：Blue
绘制圆形-> 长：60，宽：54，半径：100，颜色：Green
绘制圆形-> 长：72，宽：27，半径：100，颜色：Green

三、相关内容

• 注意事项
  1、注意划分外部状态和内部状态，否则可能会引起线程安全问题。
  2、这些类必须有一个工厂对象加以控制。
  3、享元模式中存在以下两种状态：

  • 内部状态，即不会随着环境的改变而改变的可共享部分；
  • 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。

• 优缺点
  1、大大减少对象的创建，降低系统的内存，使效率提高。
  2、为了使对象可以共享，需要将一些不能共享的状态外部化，这将增加程序的复杂性。
  3、读取享元模式的外部状态会使得运行时间稍微变长。

• 模式结构
  1、抽象享元角色（Flyweight）:是所有的具体享元类的基类，为具体享元规范需要实现的公共接口，非享元的外部状态以参数的形式通过方法传入。
  2、具体享元（Concrete Flyweight）角色：实现抽象享元角色中所规定的接口。
  3、非享元（Unsharable Flyweight)角色：是不可以共享的外部状态，它以参数的形式注入具体享元的相关方法中。
  4、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。

• 参考文章
  1、http://c.biancheng.net/view/1371.html
  2、https://www.runoob.com/design-pattern/flyweight-pattern.html