03-JAVA设计模式-享元模式

享元模式

什么是享元模式

享元模式（Flyweight Pattern）是一种对象结构型设计模式，用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高系统性能。它通过共享已经存在的对象来避免创建大量相似的对象，从而降低内存消耗。

在享元模式中，通常会有一些细粒度的对象，它们具有一些共同的属性，但是某些属性可能会变化。

优点
- 减少对象数量：通过共享对象，可以显著减少系统中对象的数量，从而节省内存空间。
- 提高性能：由于减少了对象的创建和销毁，可以提高系统的性能。
缺点
- 增加系统复杂性：引入享元模式可能会增加系统的复杂性，特别是当处理内在状态和外在状态的分离时。
- 可能不适用于所有场景：不是所有情况都适合使用享元模式，例如当对象的状态变化非常频繁时，共享对象可能不是最佳选择。

核心

享元模式以共享的方式高效的支持大量细粒度对象的复用。
享元对象能做到共享的关键是区分了内部状态和外部状态。
- 内部状态：可以共享，不会岁环境变化发生改变
- 外部状态：不可以共享，会随环境变化二改变

享元模式的实现

抽象享元类（Flyweight）：通常是一个接口或者抽象类，声明公共的方法，这些方法可以想外界提供对象的内部状态及设置外部状态
具体享元类(ConcreteFlyweight)：为内部状态提供成员变量进行存储
非共享享元类(UnsharedConcreteFlyweight)：不能为共享的子类可以设计成非共享享元类
享元工厂（FlyweightFactory）：创建并管理享元对象享元池一般设计成键值对

案例

对于围棋，棋子进行简单可以划分：
内部状态：颜色
外部状态：棋盘坐标

UML

在这里插入图片描述

实现步骤：

定义外部状态:地址Address
定义享元接口：提供操作外部状态的接口,通过传入地址获取外部状态地址的信息
定义享元接口的实现（围棋）
- 通过属性设置内部状态，并提供内部状态的设置及调用方法（这里只提供了设置方法）
- 通过实现享元接口，传入外部状态调用外部状态方法或获取外部状态属性
享元工厂
- 定义享元池（通常以键值对形式缓存），用于缓存共享内部状态（该方法只适用单线程，多线程需要进行优化）
- 提供获取内部状态的方法，如果享元池中已存在，则享元池中对象，否则新建一个对象并设置到享元池中

代码实现

Address.java

// 定义外部状态
public class Address {
    private int x;
    private int y;

    public Address(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
    public int getX() {
        return x;
    }
    public int getY() {
        return y;
    }
}

Flyweight.java

// 享元接口：
// *  提供操作外部状态的接口
public interface Flyweight {
    // 获取棋子信息：
//     *  通过传入地址获取外部状态地址的信息
    void getInfo(Address address);
}

ChessPieces.java

//定义享元接口的实现：
// 围棋：
//  通过属性设置内部状态，并提供内部状态的设置及调用方法（这里只提供了设置方法）、
//  通过实现享元接口，传入外部状态调用外部状态方法或获取外部状态属性
public class ChessPieces implements Flyweight{
    private String color;

    public ChessPieces(String color) {
        this.color = color;
    }

    @Override
    public void getInfo(Address address) {
        System.out.printf("颜色：%s,坐标：x=%s,y=%s%n",color,address.getX(),address.getY());
    }
}

FlyweightFactory.java

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

// 享元工厂
// * 定义享元池（通常以键值对形式缓存），用于缓存共享内部状态（该方法只适用单线程，多线程需要进行优化）
// * 提供获取内部状态的方法，如果享元池中已存在，则享元池中对象，否则新建一个对象并设置到享元池中
public class FlyweightFactory {

    // 定义享元池
    private Map<String, Flyweight> mapPool = new HashMap<String, Flyweight>();

    // 提供获取内部状态的方法
    public Flyweight getChessPieces(String key){
        Flyweight flyweight = mapPool.get(key);
        if(flyweight == null){
            flyweight = new ChessPieces(key);
            mapPool.put(key, flyweight);
        }
        return flyweight;
    }
}

TestClient.java

public class TestClient {
    public static void main(String[] args) {
        FlyweightFactory flyweightFactory = new FlyweightFactory();
        Flyweight chessPieces = flyweightFactory.getChessPieces("白色");
        chessPieces.getInfo(new Address(1,2));
    }
}