今天小菜鸟跟大家分享一下设计模式中的“享元模式”。

简介

享元模式也被称为“蝇量模式”，属于结构型设计模式的一种，该模式的主要作用就是通过运用共享技术促使大量细粒度的对象可以被复用。

该模式常用于系统底层开发，解决系统性能问题。像我们常用的数据库连接池，字符串常量池等……都是使用享元模式来完成的。“池”中存储了我们创建好的对象，当需要时进行判断，如果“池”中有就可以直接从中取出，如果没有就创建一个对象并放到池中。

通过使用这些“池”就可以避免重复创建对象而导致内存浪费的问题，从而提高系统的效率。

外部状态和内部状态

使用享元模式就必须要学会区分对象的外部状态和内部状态。

内部状态：

所谓的内部状态指的就是对象中可以共享的信息，这一部分信息存储在享关对象的内部并且不会随着环境而改变。

外部状态：

外部状态与内部状态恰恰相反，它指的是不可以共享的信息。外部状态会随着环境的改变而改变，从而导致该状态必须由客户端进行保存，因为环境的变化是由客户端引发的。

举一个经典的例子，我想大家或多或少都接触过围棋或五子棋游戏。在该游戏中，有黑白两种颜色的棋子和不同的落子位置。在开始游戏后其落子的颜色是固定可以被称为是棋子的内部状态，然而落子的位置却不是固定的，我们就可以认为落子的位置是外部状态。

享元模式的UML类图

UML类图讲解：

FlyWeight：抽象的享元角色，该类定义了具体享元角色需要实现的的方法。

ConcreteFlyWeight：具体的享元角色，实现了抽象享元角色中定义的方法。

UnSharedConcreteFlyWeight角色：不可以共享的内容，通常情况通过方法的入参传递进具体享元角色中（不一定非要继承或实现抽象享元角色）。

FlyWeightFactory：享元工厂角色，该类中定义了一个“池”，提供从中获取和添加对象的方法。

Client：客户端测试类。

案例讲解

城市中随处可见的共享单车就是一个典型的“享元模式”案例，其中单车的品牌是固定的，使用的人是不确定的。下面就让我们用代码来实现一下。

用户类

/** * 用户类 => 对应UnSharedConcreteFlyWeight角色 *    享元模式中的外部状态，因为无法确定是哪个用户在用，所以是不可共享的。 */public class User {  private String name;  public User(String name) {    this.name = name;  }  public String getName() {    return name;  }  public void setName(String name) {    this.name = name;  }}

共享交通工具抽象类

/** * 共享交通工具抽象类 => 对应抽象的享元角色 */public abstract class SharingVehicle {  /**   * 使用共享车辆的方法；   *  通过该方法的入参将不可共享的内容（外部状态）传递进具体享元角色中。   */  public abstract void use(User user);}

共享单车类

/** * 共享单车类 => 对应具体的享元角色 */public class Bicycle extends SharingVehicle {  // 共享单车的品牌（内部状态）  private String brand;  public Bicycle(String brand) {    this.brand = brand;  }  @Override  public void use(User user) {    System.out.println(String.format("%s正在使用，品牌为%s的共享单车。", user.getName(), this.brand));  }}

共享单车工厂类

/** * 共享单车工厂类 => 对应享元工厂角色 */public class BicycleFactory {  // 存放共享单车的池  private HashMap<String, Bicycle> pool = new HashMap<>();  // 根据单车的品牌获取相应的单车。如果池中没有就创建一个放到池里。  public Bicycle getBicycleByBrand(String brand) {    if (!this.pool.containsKey(brand)) {      // 不存在时创建一个      this.pool.put(brand, new Bicycle(brand));    }    return pool.get(brand);  }}

客户端测试类

/** * 客户端测试类 */public class Client {  public static void main(String[] args) {    // 创建共享单车工厂    BicycleFactory bicycleFactory = new BicycleFactory();    // 获取具体品牌的单车    Bicycle bicycle1 = bicycleFactory.getBicycleByBrand("小黄");    Bicycle bicycle2 = bicycleFactory.getBicycleByBrand("小蓝");    // 使用单车    bicycle1.use(new User("菜鸟001"));    bicycle2.use(new User("菜鸟002"));  }}

执行结果

总结

1、当系统中存在大量对象，这些对象会消耗大量内存，并且对象的状态大部分可以外部化时，我们就可以考虑使用享元模式。

2、使用享元模式可以降低内存的消耗，减少对象的创建，从而提升系统的性能。

3、用于存放共享对象的池可以使用HashMap/Hashtable来实现。

4、各种缓冲池都是享元模式的经典运用场景。

5、外部状态具有固化性，不可随着内部状态的改变而改变。

6、需要通过一个工厂类来控制这些对象。

7、享元模式也大大提高了系统的复杂度，需要分离出内部和外部状态。

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