享元模式

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2023-12-01

享元模式（Flyweight Pattern）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。这种类型的设计模式属于结构型模式，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。我们将通过创建 5 个对象来画出 20 个分布于不同位置的圆来演示这种模式。由于只有 5 种可用的颜色，所以 color 属性被用来检查现有的 Circle 对象。

介绍

意图：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

主要解决：在有大量对象时，有可能会造成内存溢出，我们把其中共同的部分抽象出来，如果有相同的业务请求，直接返回在内存中已有的对象，避免重新创建。

何时使用：

1、系统中有大量对象。

2、这些对象消耗大量内存。

3、这些对象的状态大部分可以外部化。

4、这些对象可以按照内蕴状态分为很多组，当把外蕴对象从对象中剔除出来时，每一组对象都可以用一个对象来代替。

5、系统不依赖于这些对象身份，这些对象是不可分辨的。

如何解决：用唯一标识码判断，如果在内存中有，则返回这个唯一标识码所标识的对象。

关键代码：用 HashMap 存储这些对象。

应用实例：

1、JAVA 中的 String，如果有则返回，如果没有则创建一个字符串保存在字符串缓存池里面。

2、数据库的数据池。

优点：大大减少对象的创建，降低系统的内存，使效率提高。

缺点：提高了系统的复杂度，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固有化的性质，不应该随着内部状态的变化而变化，否则会造成系统的混乱。

使用场景：

1、系统有大量相似对象。

2、需要缓冲池的场景。

注意事项：

1、注意划分外部状态和内部状态，否则可能会引起线程安全问题。

2、这些类必须有一个工厂对象加以控制。

实现

我们将创建一个 Shape 接口和实现了 Shape 接口的实体类 Circle。下一步是定义工厂类 ShapeFactory。 ShapeFactory 有一个 Circle 的 HashMap，其中键名为 Circle 对象的颜色。无论何时接收到请求，都会创建一个特定颜色的圆。ShapeFactory 检查它的 HashMap 中的 circle 对象，如果找到 Circle 对象，则返回该对象，否则将创建一个存储在 hashmap 中以备后续使用的新对象，并把该对象返回到客户端。 FlyWeightPatternDemo，我们的演示类使用 ShapeFactory 来获取 Shape 对象。它将向 ShapeFactory 传递信息（red / green / blue/ black / white），以便获取它所需对象的颜色。享元模式的 UML 图

步骤 1

创建一个接口。

Shape.java

public interface Shape {
    void draw();
}

步骤 2

创建实现接口的实体类。

Circle.java

public class Circle implements Shape {
    private String color;
    private int x;
    private int y;
    private int radius;
    public Circle(String color){
        this.color = color;
    }
    public void setX(int x) {
        this.x = x;
    }
    public void setY(int y) {
        this.y = y;
    }
    public void setRadius(int radius) {
        this.radius = radius;
    }
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Circle: Draw() [Color : " + color +", x : " + x +", y :" + y +", radius :" + radius);
    }
}

步骤 3

创建一个工厂，生成基于给定信息的实体类的对象。

ShapeFactory.java

import java.util.HashMap;
public class ShapeFactory {
    private static final HashMapString, Shape> circleMap = new HashMap();
    public static Shape getCircle(String color) {
        Circle circle = (Circle)circleMap.get(color);
        if(circle == null) {
            circle = new Circle(color);
            circleMap.put(color, circle);
            System.out.println("Creating circle of color : " + color);
        }
        return circle;
    }
}

步骤 4

使用该工厂，通过传递颜色信息来获取实体类的对象。

FlyweightPatternDemo.java

public class FlyweightPatternDemo {
    private static final String colors[] =
    { "Red", "Green", "Blue", "White", "Black" };
    public static void main(String[] args) {
        for(int i=0; i < 20; ++i) {
            Circle circle =
            (Circle)ShapeFactory.getCircle(getRandomColor());
            circle.setX(getRandomX());
            circle.setY(getRandomY());
            circle.setRadius(100);
            circle.draw();
        }
    }
    private static String getRandomColor() {
        return colors[(int)(Math.random()*colors.length)];
    }
    private static int getRandomX() {
        return (int)(Math.random()*100 );
    }
    private static int getRandomY() {
        return (int)(Math.random()*100);
    }
}

步骤 5

执行程序，输出结果：

Creating circle of color : Black
Circle: Draw() [Color : Black, x : 36, y :71, radius :100
Creating circle of color : Green
Circle: Draw() [Color : Green, x : 27, y :27, radius :100
Creating circle of color : White
Circle: Draw() [Color : White, x : 64, y :10, radius :100
Creating circle of color : Red
Circle: Draw() [Color : Red, x : 15, y :44, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 19, y :10, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 94, y :32, radius :100
Circle: Draw() [Color : White, x : 69, y :98, radius :100
Creating circle of color : Blue
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 13, y :4, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 21, y :21, radius :100
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 55, y :86, radius :100
Circle: Draw() [Color : White, x : 90, y :70, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 78, y :3, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 64, y :89, radius :100
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 3, y :91, radius :100
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 62, y :82, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 97, y :61, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 86, y :12, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 38, y :93, radius :100
Circle: Draw() [Color : Red, x : 76, y :82, radius :100
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 95, y :82, radius :100