详解设计模式：享元模式

享元模式（Flyweight Pattern），是对象池的一种体现，也是 GoF 的 23 种设计模式中的一种结构型设计模式。

享元模式 主要用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能。它提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式。

享元模式 尝试重用现有的同类对象，如果未找到匹配的对象，则创建新对象。

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本篇内容包括：关于享元模式、享元模式 Demo

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一、关于享元模式

1、关于享元模式

享元模式（Flyweight Pattern），是对象池的一种体现，也是 GoF 的 23 种设计模式中的一种结构型设计模式。

享元模式 主要用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能。它提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式。

享元模式 尝试重用现有的同类对象，如果未找到匹配的对象，则创建新对象。

2、关于享元模式的构成

享元模式主要包含四种角色：

1. 抽象享元（Flyweight）角色：是所有的具体享元类的基类，为具体享元规范需要实现的公共接口，非享元的外部状态以参数的形式通过方法传入。
2. 具体享元（Concrete Flyweight）角色：实现抽象享元角色中所规定的接口。
3. 非享元（Unsharable Flyweight)角色：是不可以共享的外部状态，它以参数的形式注入具体享元的相关方法中。
4. 享元工厂（Flyweight Factory）角色：负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时，享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象，如果存在则提供给客户；如果不存在的话，则创建一个新的享元对象。

3、关于享元模式的XML

4、关于享元模式的应用场景

当系统中多处需要同一组信息时，可以吧这些信息封装到一个对象中，然后对该对象进行缓存，这样，一个对象就可以提供给多处需要使用的地方，避免大量同一对象多次创建，消耗大量内存空间。
享元模式其实就是工厂模式的一个改进机制，享元模式同样要求创建一个或一组对象，并且就是通过工厂方法生成对象的，只不过享元模式中为工厂方法增加了缓存这一功能。主要总结为以下应用场景：

1. 常常应用于系统底层的开发，以便解决系统的性能问题。
2. 系统有大量相似的对象、需要缓存池的场景。

在生活中的享元模式也很常见，比如中介机构的房源共享，再比如全国社保联网。

5、关于享元模式在 Java 中的应用

在 Java 中最直观的享元模式就是在 Boolean，Byte，Integer，Long，Character 这些包装类中，他们都提供了valueOf()方法。

比如：Long 的 valueOf() 方法会缓存数值 -127~128 之间的 Long 对象，在这个范围之间就会直接在这个里面去取，大于这个范围才会去 new Long 对象

public static Long valueOf(long l) {
        final int offset = 128;
        if (l >= -128 && l <= 127) { // will cache
            return LongCache.cache[(int)l + offset];
        }
        return new Long(l);
    }

private static class LongCache {
        private LongCache(){}

        static final Long cache[] = new Long[-(-128) + 127 + 1];

        static {
            for(int i = 0; i < cache.length; i++)
                cache[i] = new Long(i - 128);
        }
    }

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Byte，Short，Long 的范围是 -127~128 之间。

Character 是 0~127 之间。

Integer 是 -127~128 之间，最小值不能改变，但是最大值可以通过虚拟机参数进行改变。-Djava.long.Intger.IntegerCache.high 来改变

Boolean 缓存了 TRUE 和 FALSE

6、关于享元模式的优缺点

# 享元模式的优点：

1. 减少对象的创建，降低内存中对象的数量，降低系统的内存，提高效率；
2. 减少内存之外的其它资源占用。

# 享元模式的缺点：

1. 关注内、外部状态、关注线程安全问题；
2. 使系统、程序复杂化。

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二、享元模式 Demo

1、Demo 设计

俄罗斯方块有不同的形状，我们可以对这些形状向上抽取出 AbstractBox，用来定义共性的属性和行为。

接下来就是定义不同的形状了，IBox类、LBox类、TBox类等。

提供了一个工厂类（BoxFactory），用来管理享元对象（也就是 AbstractBox 子类对象），该工厂类对象只需要一个，所以可以使用单例模式。并给工厂类提供一个获取形状的方法。

2、Demo 实现

# AbstractBox 抽象享元角色

public abstract class AbstractBox {
    public abstract String getShape();

    public void display(String color) {
        System.out.println("方块形状：" + this.getShape() + " 颜色：" + color);
    }
}

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# IBox/LBox/TBox 具体享元角色

public class IBox extends AbstractBox {

    @Override
    public String getShape() {
        return "I";
    }
}

public class LBox extends AbstractBox {

    @Override
    public String getShape() {
        return "L";
    }
}

public class TBox extends AbstractBox {

    @Override
    public String getShape() {
        return "T";
    }
}

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# BoxFactory 享元工厂

public class BoxFactory {

    private static HashMap<String, AbstractBox> map;

    private BoxFactory() {
        map = new HashMap<String, AbstractBox>();
        AbstractBox iBox = new IBox();
        AbstractBox lBox = new LBox();
        AbstractBox oBox = new OBox();
        map.put("I", iBox);
        map.put("L", lBox);
        map.put("O", oBox);
    }

    public static final BoxFactory getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }

    private static class SingletonHolder {
        private static final BoxFactory INSTANCE = new BoxFactory();
    }

    public AbstractBox getBox(String key) {
        return map.get(key);
    }
}
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