设计模式~享元模式
享元模式是对象的结构模式。
享元模式以共享的方式高效的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蕴状态（Internal State）和外蕴状态（External）。
一个内蕴状态是存储在享元对象内部的，并且是不会随环境改变而有所不同的。因此，一个享元可以具有内蕴状态并可以共享。
一个外蕴状态是随环境改变而改变的、不可以共享的状态。享元对象的外蕴状态必须由客户端保存，并在享元对象被创建之后，在需要使用的时候再传入享元对象内部。
外蕴状态不可以影响享元对象的内蕴状态。也就是说，它们是相互独立的。
享元模式的种类
- 单纯享元模式
- 复合享元模式
单纯享元模式
角色如下：
- 抽象享元角色：此角色是所有具体享元类的超类，为这些类规定出需要实现的公共接口。
- 具体享元角色（ConcreteFlyweight）: 实现抽象享元角色所规定的接口。如果有内蕴状态的话，必须负责为内蕴状态提供存储空间。享元对象的内蕴状态必须于对象所处的周围环境无关，从而使得享元对象可以在系统内共享。
- 享元工厂角色（FlyweightFactory）: 本角色负责创建和管理享元角色。本角色必须保证享元对象可以被系统适当的共享。
- 客户端角色：本角色需要维护一个对所有享元对象的引用。本角色需要自行 存储所有享元对象的外蕴状态。
示意源码
抽象享元角色 Flyweight
public abstract class Flyweight { //一个示意性方法，参数state是外蕴状态 public abstract void operation(String state); }
具体享元角色 ConcreteFlyweight
public class ConcreteFlyweight extends Flyweight { private Character intrinsicState = null; /** * 构造函数，内蕴状态作为参量传入 * @param state */ public ConcreteFlyweight(Character state){ this.intrinsicState = state; } /** * 外蕴状态作为参量传入方法中，改变方法的行为， * 但是并不改变对象的内蕴状态 */ @Override public void operation(String state) { // TODO Auto-generated method stub System.out.println("\nInstrinsic State = "+intrinsicState + ".Extrinsic State = "+state); } }
享元工厂角色 FlyweightFactory
public class FlyweightFactory { private HashMap flies = new HashMap(); private Flyweight InkFlyweight; public FlyweightFactory(){} public Flyweight factory(Character state){ if(flies.containsKey(state)){ return (Flyweight)flies.get(state); }else{ Flyweight fly = new ConcreteFlyweight(state); flies.put(state, fly); return fly; } } /** * 辅助方法 */ public void checkFlyweight(){ Flyweight fly; int i =0; System.out.println("\n====checkFlyweight()====="); for(Iterator it = flies.entrySet().iterator();it.hasNext();){ Map.Entry e = (Map.Entry)it.next(); System.out.println("Item "+ (++i)+":"+e.getKey()); } System.out.println("======checkFlyweight()======"); } }
客户端调用
public class Client { public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub //创建一个享元工厂对象 FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory(); //向享元工厂对象请求一个内蕴状态为‘a’的享元对象 Flyweight fly = factory.factory(new Character('a')); //以参量方式传入一个外蕴状态 fly.operation("First Call"); //向享元工厂对象请求一个内蕴状态为‘b’的享元对象 fly = factory.factory(new Character('b')); //以参量方式传入一个外蕴状态 fly.operation("Second Call"); fly = factory.factory(new Character('a')); fly.operation("Third Call"); factory.checkFlyweight(); } }
虽然上面申请了三个享元对象，但是实际上创建的享元对象只有两个，这就是共享的含义。
复合享元模式
在单纯享元模式中，所有的享元对象都是单纯享元对象，也就是说都是可以直接共享的。
而对于将一些单纯享元使用合成模式加以复合，形成的复合享元模式而言，这样的复合享元对象本身不能共享，但是它们可以分解成单纯享元对象，而后者可以共享。
涉及的角色：
- 抽象享元角色：此角色是所有的具体享元类的超类，为这些类规定出需要实现的公共接口。
- 具体享元角色（ConcreteFlyweight）: 实现抽象享元角色所规定的接口。如果有内蕴状态，必须为内蕴状态提供存储空间。并且享元对象的内蕴状态必须与对象所处的周围环境无关，从而使享元对象可以在系统内共享。
- 复合享元角色（UnsharableFlyweight）: 复合享元角色所代表的对象时不可以共享的，但是一个复合享元对象可以分解成多个本身是单纯享元对象的组合。
- 享元工厂（FlyweightFactory）: 本角色负责创建和管理享元角色。本角色必须保证享元对象可以被系统适当的共享。
- 客户端角色：本角色需要自行存储所有享元对象的外蕴状态。
示意性源码：
抽象享元角色
public abstract class Flyweight { //一个示意性方法，参数state是外蕴状态 public abstract void operation(String state); }
具体享元角色
public class ConcreteFlyweight extends Flyweight { private Character intrinsicState = null; /** * 构造函数，内蕴状态作为参量传入 * @param state */ public ConcreteFlyweight(Character state){ this.intrinsicState = state; } /** * 外蕴状态作为参量传入方法中，改变方法的行为， * 但是并不改变对象的内蕴状态 */ @Override public void operation(String state) { // TODO Auto-generated method stub System.out.println("\nInstrinsic State = "+intrinsicState + ".Extrinsic State = "+state); } }
具体复合享元角色
public class ConcreteCompositeFlyweight extends Flyweight { private HashMap flies = new HashMap(10); private Flyweight flyweight; public ConcreteCompositeFlyweight(){ } // 增加一个新的单纯享元对象到聚集中 public void add(Character key,Flyweight fly){ flies.put(key, fly); } //外蕴状态作为参量传入到方法中 @Override public void operation(String extrinsicState) { Flyweight fly = null; for(Iterator it = flies.entrySet().iterator();it.hasNext();){ Map.Entry e = (Map.Entry)it.next(); fly = (Flyweight)e.getValue(); fly.operation(extrinsicState); } } }
享元工厂角色
public class FlyweightFactory { private HashMap flies = new HashMap(); public FlyweightFactory(){} public Flyweight factory(Character state){ if(flies.containsKey(state)){ return (Flyweight)flies.get(state); }else{ Flyweight fly = new ConcreteFlyweight(state); flies.put(state, fly); return fly; } } public Flyweight factory(String compositeState){ ConcreteCompositeFlyweight compositeFly = new ConcreteCompositeFlyweight(); int length = compositeState.length(); Character state = null; for(int i=0;i<length;i++){ state = new Character(compositeState.charAt(i)); System.out.println("factory("+state+")"); compositeFly.add(state, this.factory(state)); } return compositeFly; } /** * 辅助方法 */ public void checkFlyweight(){ Flyweight fly; int i =0; System.out.println("\n====checkFlyweight()====="); for(Iterator it = flies.entrySet().iterator();it.hasNext();){ Map.Entry e = (Map.Entry)it.next(); System.out.println("Item "+ (++i)+":"+e.getKey()); } System.out.println("======checkFlyweight()======"); } }
客户端
public class Client { public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub //创建一个享元工厂对象 FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory(); Flyweight fly = factory.factory("aba"); fly.operation("Composite Call"); factory.checkFlyweight(); } }
享元模式应当在什么情况下使用
- 一个系统有大量的对象
- 这些对象耗费大量的内存
- 这些对象的状态中的大部分都可以外部化。
- 这些对象可以按照内蕴状态分成很多的组，当把外蕴对象从对象中剔除时，每一个组都可以仅用一个对象代替。
- 软件系统不依赖这些对象的身份，换言之，这些对象可以是不可分辨的。
满足以上的这些条件的系统可以使用享元对象。
享元模式的优点和缺点
享元模式的优点在于它大幅度的降低内存中对象的数量。
但是，它要做到这一点付出的代价也是很高的：
- 享元模式使得系统更加复杂。为了使对象可以共享，需要将一些状态外部化，这使得程序的逻辑复杂化。
- 享元模式将享元对象的状态外部化，而读取外部状态使得运行时间稍变长。
享元模式的应用
享元模式在编辑器系统中大量使用。一个文本编译器往往会提供很多中字体，而通常的做法是将每一个字母做出一个享元对象。
享元对象的内蕴状态就是这个字母，而字母在文本中的位置和字母风格等其他信息则是外蕴状态。比如，字母a可能出现在文本的很多地方，虽然这些字母a的位置和字母风格不同，但是所有这些地方使用的都是同一个字母对象。
这样一来，字母对象就可以在整个系统中共享。
在java语言中，String类型就使用了享元模式。String 对象是不变对象，一旦创建出来就不能改变。
如果需要改变一个字符串的值，就只好创建一个新的String对象。在JVM内部，String对象都是共享的。
如果一个系统中有两个String对象所包含的字符串相同的话，JVM实际上只创建一个String对象提供给两个引用，从而实现String对象的共享。String的intern()方法给出这个字符串在共享池中的唯一实例。
