享元模式

一、享元模式是什么？

享元设计模式（FlyWeight Design Pattern）：通过共享已有实例，来避免创建新的实例，减少空间消耗，提高资源利用率

享元，意思就是共享的对象、单元、元素等。

主要特点：

• 相同实例对象只保留一份，即享元对象
• 需要某个实例时，尽量共用享元对象
• 享元对象可以减少对象的数量

享元模式的本质就是缓存对象，减少资源消耗。

二、为什么要用享元模式？

享元模式，目的就是为了共享对象、减少资源的消耗。

使用享元模式，为的就是减少资源消耗、降低内存，提高资源利用率。

三、该如何用享元模式？

使用享元模式，需要注意几点：

• 享元对象应该是不可变的，即没有setter方法
• 享元对象会对所有地方都有影响
• 享元对象中不应该存在可变的信息，即有可能发生变化的内容
• 享元对象不应该被垃圾回收
• 享元对象的内部状态是不可变的，外部转台是可变的

比如，数据库连接池，用户名、密码、url这些属于享元对象的内部状态，不可变；

连接可用标记等属性，属于外部状态，是可变的，比如回收连接后，可用标记会设为true。

享元模式的几个角色包括：

• 抽象享元角色（FlyWeight）：表示享元类的接口
• 具体享元角色（ConcreteFlyWeight）：表示被共享的享元实例对象
• 非享元角色（Unsharable Flyweight）：表示外部状态，区别于享元对象的内部状态，以参数形式注入享元对象
• 享元工厂（FlyWeightFactory）：负责生成和管理享元对象的工厂

享元模式结构：

示例程序结构：

享元类：

public class BigChar {

    /* 字符名称 */
    private char charName;
    /* 字体字符串 */
    private String fontData;

    public BigChar(char charName) {
        this.charName = charName;
        loadCharData();
    }

    private void loadCharData() {
        String fileDir = "src/com/pattern/flyweight/numbers/";
        String fileName = fileDir + "big" + charName + ".txt";
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(fileName))) {
            String line;
            StringBuffer buf = new StringBuffer();
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                buf.append(line).append("\n");
            }
            fontData = buf.toString();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

享元工厂：

public class BigCharFactory {

    private static BigCharFactory instance = new BigCharFactory();

    /* 享元对象池 */
    private Map<String, BigChar> pool = new HashMap<>();

    private BigCharFactory(){}

    public static BigCharFactory getInstance() {
        return instance;
    }

    /**
     * 获取享元对象接口
     */
    public BigChar getChar(char charName) {
        BigChar bigChar = pool.get("" + charName);
        if (bigChar == null) {
            bigChar = new BigChar(charName);
            pool.put("" + charName, bigChar);
        }
        return bigChar;
    }

}

享元使用：

public class BigString {

    private BigChar[] chars;

    public BigString(String string) {
        loadString(string);
    }

    private void loadString(String string) {
        chars = new BigChar[string.length()];
        BigCharFactory factory = BigCharFactory.getInstance();
        for (int i = 0; i < string.length(); i++) {
            char charName = string.charAt(i);
            chars[i] = factory.getChar(charName);
        }
    }

}

四、享元模式有什么优缺点？

优点：

• 共享相同对象，资源消耗低、利用率高
• 对象数量少，方便管理享元对象

缺点：

• 需要将共享对象分离出来，可能会使得程序变得复杂

五、享元和单例、缓存、对象池的区别

5.1 享元 vs. 单例

• 单例本质是为了控制实例的数量，重点在于数量。

• 享元关注的点是实例共享，重点在于共享，数量不是主要矛盾。

5.2 享元 vs. 缓存

• 缓存的作用是为了提高查询速度，目的在于提高效率。

• 享元的目标是为了降低资源消耗，主要关注点是资源的利用率。

5.3 享元 vs. 对象池

• 对象池主要用于管理对象，重点在于对一批对象进行管理分配回收。

• 享元主要还是为了对象的复用，在管理方面不是特别关注。

六、享元模式的实际应用

Integer：

• Java 中 Integer 默认缓存 -128 ~ 127 之间的数字对象
• Integer 的缓存对象是一开始就创建好的

String：

• Java 中 String 对象会缓存到字符串常量池中，其他地方可以直接引用
• String 的常量池对象是动态创建的