设计模式---享元模式

简述

• 类型：结构型
• 目的：降低对象创建时大量属性也随之被新建而带来的性能上的消耗

话不多说，我们看一个案例。

优化案例

最初版v0

现在需要采购一批办公用的电脑，以下是Computer类的定义。

public class Computer {
   	private String sn; // 序列号，电脑的唯一识别码
    private String brand; // 品牌
    private String title; // 一个系列的名称，如Lenovo的Thinkpad
    private String cpu;
    private String memory;
    private String disk;
    private String gpu;
    private String keyboard;
    private String display;
    
    public Computer(String sn, String brand, 
                    String title, String cpu, 
                    String memory, String disk, 
                    String gpu, String keyboard, 
                    String display) {
        this.sn = sn;
        this.brand = brand;
        this.title = title;
        this.cpu = cpu;
        this.memory = memory;
        this.disk = disk;
        this.gpu = gpu;
        this.keyboard = keyboard;
        this.display = display;
    }
}

现在公司要采购两种电脑总计1000台，以下是模拟采购的代码。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        List<Computer> purchase = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < n; i ++) {
            purchase.add(new Computer(UUID.randomUUID().toString(),
                         "华为", "MateBook16", "锐龙7 5800H标压",
                         "16GB DDR4 双通道", "512GB NVMe PCle SSD", 
                         "gpu", "全尺寸背光键盘", "16英寸");
        }
    }
}

循环中每一次都要生成一个新的Computer对象，并且该对象中有很多String类型的属性，因为String是一个引用数据类型，所以会随之生成很多的引用，从而降低系统的性能。实际上，采购的计算机只要型号相同，配置参数也就随之相同且不会再改变，唯一会改变的其实就只有机器的序列号而已，所以我们没有每追加一台电脑就重新设置一遍所有参数的必要。而且如果中途需要对于采购订单的机器参数进行修改，那就必须迭代清单中的所有对象，对每个对象进行修改，又是一件效率低下的事。

为了解决这个问题，我们引入了享元模式。下面是修改后的代码。

修改版v1

public class Computer {
   	private String sn; // 序列号，电脑的唯一识别码
    private ComputerSpec spec; // 依赖规格的具体属性 → 依赖ComputerSpec类，迪米特法则
    
    public Computer(String sn, ComputerSpec spec) {
        this.sn = sn;
        this.spec = spec;
        this.title = title;
        this.model = model;
        this.cpu = cpu;
        this.memory = memory;
        this.disk = disk;
        this.gpu = gpu;
        this.keyboard = keyboard;
        this.display = display;
    }
}

public enum ComputerSpec { // 定义一个计算机规格类
    MATEBOOK16("华为", "MateBook16", "锐龙7 5800H标压",
               "16GB DDR4 双通道", "512GB NVMe PCle SSD", 
               "gpu", "全尺寸背光键盘", "16英寸");
    
    public String brand; // 品牌
    public String title; // 一个系列的名称，如Lenovo的Thinkpad
    public String cpu;
    public String memory;
    public String disk;
    public String gpu;
    public String keyboard;
    public String display;
    
    ComputerSpec(String sn, String brand, 
                 String title, String cpu, 
                 String memory, String disk, 
                 String gpu, String keyboard, 
                 String display) {
        this.brand = brand;
        this.title = title;
        this.model = model;
        this.cpu = cpu;
        this.memory = memory;
        this.disk = disk;
        this.gpu = gpu;
        this.keyboard = keyboard;
        this.display = display;
    }
}

来看看修改后的采购如何模拟实现。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        List<Computer> purchase = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < n; i ++) {
            purchase.add(new Computer(UUID.randomUUID().toString(), 
                                      ComputerSpec.MATEBOOK16));
        }
        // 由于订单错误，现在需要批量将MateBook16修改为MateBook16s
        ComputerSpec.MATEBOOK16.title = "MateBook16s";
    }
}

使用享元模式，将Computer对象创建时不变的属性封装到ComputerSpec中，内部状态与外部状态分开，内部状态直接引用相同的数据源，而不是每次都重新生成新的数据，从而大幅提升系统性能。并且，需要对于数据统一修改时，由于数据源引用相同，只需要修改内部状态的对应属性即可修改所有数据。

• 内部状态：不可变对象。被共享的数据。如，案例中的ComputerSpec。
• 外部状态：随着业务而改变数据。不被共享的数据。如，案例中的sn。

总结

优点

1. 由于多个对象的属性引用相同，从而极大程度的降低了系统性能的消耗。
2. 由于多个属性被封装成新的类，对象与属性间的依赖减少，从而降低了对象创建的复杂度。

缺点

1. 增加了开发人员对于系统业务理解的难度。

适用场景

1. 当对象的绝大多数属性与对象本身不是一对一而是一对多的关系时。换言之，多个对象公用一套属性时。