结构型模式之享元模式

享元模式（Flyweight Pattern）是池技术的重要实现方式，可以降低大量重复的、细粒度的类在内存中的开销。

定义：

使用共享对象可有效地支持大量的细粒度对象。
以共享的方式高效地支持大量的细粒度对象。享元对象能做到共享的关键是区分内部状态（Internal State）和外部状态（External State）。

内部状态是存储在享元对象内部的、可以共享的信息，并且不会随环境改变而改变。
外部状态是随环境改变而改变且不可以共享的状态。享元对象的外部状态必须由客户端保存，并在享元对象被创建后，在需要使用的时候再传入到享元对象内部。

享元模式的类图如下所示。

享元模式具有以下4个角色：

抽象享元（Flyweight）角色：对享元类进行抽象，需要外部状态的操作可以通过参数的形式将外部状态传入。
具体享元（ConcreteFlyweight）角色：实现抽象享元定义的业务，注意享元对象的内部状态必须与环境无关，从而使得享元对象可以在系统内共享。
享元工厂（FlyweightFactory）角色：构造一个池容器，负责创建和管理享元角色，并提供从池容器中获得对象的方法，保证享元对象可以被系统适当的共享。当一个客户端对象请求一个享元对象时，享元工厂角色会检查系统中是否已经有一个符合要求的享元对象。如果已经有了，享元工厂则提供这个已有的享元对象，否则创建一个合适的享元对象。
客户端角色：自行存储所有享元对象的外部状态。

Flyweight.java

public interface Flyweight {
    // 业务方法
    public abstract void operation(String extrinsicState);
}

ConcreteFlyweight.java

public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
    private String intrinsicState;// 内部状态
    public ConcreteFlyweight(String intrinsicState) {
        this.intrinsicState = intrinsicState;
    }
    @Override
    public void operation(String extrinsicState) {
        System.out.println("内部状态" + intrinsicState + ",外部状态：" + extrinsicState);
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "内部状态=" + intrinsicState;
    }
}

FlyweightFactory.java

public class FlyweightFactory {
    private static Map<String, Flyweight> pool = new HashMap<String, Flyweight>();
    private FlyweightFactory(){} // 私有构造方法
    public static Flyweight getFlyweight(String intrinsicState) {
        Flyweight flyweight = pool.get(intrinsicState);
        if (flyweight == null) {
            flyweight = new ConcreteFlyweight(intrinsicState);
            pool.put(intrinsicState, flyweight);
        }
        return flyweight;
    }
}

Client.java

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Flyweight flyweight = FlyweightFactory.getFlyweight("" + i);
            flyweight.operation("" + (i + 1));
        }
        Flyweight flyweight = FlyweightFactory.getFlyweight("0");
        System.out.println(flyweight);
    }
}

优点：

大幅减少内存中对象的数量，降低程序内存的占用，提高性能。但是相应付出的代价也很高。

缺点：

享元模式增加了系统的复杂性，需要分出外部状态和内部状态，而且内部状态具有固化特性，不应该随外部状态改变而改变，使得程序逻辑复杂化。
享元对象将享元对象的状态外部化，而读取外部状态使得运行时间变长。

使用场景：

系统中有大量相似对象，这些对象耗费大量内存。
细粒度的对象都具备较接近的外部状态，而且内部状态与环境无关，即对象没有特定身份。
需要缓冲池的场景。

摘自：

青岛东合信息技术有限公司 . 设计模式（Java版） . 电子工业出版社，2012，103-105.