初识设计模式 - 享元模式

简介

古代的活字印刷术就有点像享元模式，活字印刷就是将每个字模做出来，再印刷时再选取需要的字模到印刷板上，这样就构成了一页书的印刷板。这样的活字印刷大大提升了效率，减少了印刷板的空间。

在享元模式中，存储共享实例对象的地方称为享元池（Flyweight Pool）。类比到上述的活字印刷术中，放置字模的地方就是享元池。

享元模式能做到共享的关键是区分了内部状态和外部状态，它们的简单释义是：

• 内部状态：存储在享元对象内部且不跟随环境变化而改变的状态，内部状态可以在对象之间共享
• 外部状态：通常由客户端保存，当需要时再传入享元对象中的状态，会跟随环境变化而改变，不可以在对象之间共享。

典型示例

一个典型的享元工厂类的代码示例如下：

public class FlyweightFactory {
    // 使用 HashMap 定义享元池
    private final HashMap flyweights = new HashMap<>();
 
    public Flyweight getFlyweight(String key) {
        // 如果对象存在，直接从享元池中获取
        if (flyweights.containsKey(key)) {
            return (Flyweight) flyweights.get(key);
        } else {
            // 如果对象不存在，先创建一个新的对象添加到享元池中，然后返回
            Flyweight fw = new ConcreteFlyweight();
            flyweights.put(key, fw);
            return fw;
        }
    }
}

一个典型的享元抽象类的代码示例如下：

public abstract class Flyweight {
    // 内部状态作为成员对象，同一个享元对象其内部状态是一致的
    protected Object intrinsicState;
 
    public Flyweight(Object intrinsicState) {
        this.intrinsicState = intrinsicState;
    }
 
    public void operation(Object extrinsicState) {
        // 外部状态在使用时由外部提供，每一次都可以不同
    }
}

通常，实际会根据业务情况定义具体享元类，代码示例如下：

public class ConcreteFlyweight extends Flyweight {
    public ConcreteFlyweight(Object intrinsicState) {
        super(intrinsicState);
    }
 
    @Override
    public void operation(Object extrinsicState) {
        // 结合内部状态 intrinsicState 以及方法参数传入的 extrinsicState 完成具体逻辑
    }
}

总结

优点

享元模式的主要优点如下：

• 极大地减少内存中对象的数量，节约了系统资源，提高了系统性能
• 享元模式的外部状态相对独立，而且不会影响其内部状态，从而使得享元对象可以在不同的环境中被共享

缺点

享元模式的主要缺点如下：

• 享元模式需要分离出内部状态和外部状态，从而使得系统变得复杂，这使得程序的逻辑复杂化
• 为了使对象可以共享，享元对象需要将部分状态外部化，而读取外部状态将使得运行时间变长

适用场景

享元模式的适用场景如下：

• 一个系统有大量相同或相似的对象，造成内存大量耗费

源码

在 Java 类库中的 String 类就使用了享元模式，使用字面量创建的对象是共享的，而不会重新为此分配内存空间。