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深入理解Java設(shè)計模式之享元模式

更新時間：2021年11月08日 09:22:16 作者：一指流砂~

這篇文章主要介紹了JAVA設(shè)計模式之享元模式的的相關(guān)資料，文中示例代碼非常詳細，供大家參考和學(xué)習(xí)，感興趣的朋友可以了解下

一、引言

大家都知道單例模式，通過一個全局變量來避免重復(fù)創(chuàng)建對象而產(chǎn)生的消耗，若系統(tǒng)存在大量的相似對象時，又該如何處理？參照單例模式，可通過對象池緩存可共享的對象，避免創(chuàng)建多對象，盡可能減少內(nèi)存的使用，提升性能，防止內(nèi)存溢出。

在軟件開發(fā)過程，如果我們需要重復(fù)使用某個對象的時候，如果我們重復(fù)地使用new創(chuàng)建這個對象的話，這樣我們在內(nèi)存就需要多次地去申請內(nèi)存空間了，這樣可能會出現(xiàn)內(nèi)存使用越來越多的情況，這樣的問題是非常嚴重，然而享元模式可以解決這個問題，下面具體看看享元模式是如何去解決這個問題的。

二、什么是享元模式

定義：共享元對象，運用共享技術(shù)有效地支持大量細粒度對象的復(fù)用。如果在一個系統(tǒng)中存在多個相同的對象，那么只需要共享一份對象的拷貝，而不必為每一次使用創(chuàng)建新的對象。

享元模式是為數(shù)不多的、只為提升系統(tǒng)性能而生的設(shè)計模式，主要作用就是復(fù)用大對象（重量級對象），以節(jié)省內(nèi)存空間和對象創(chuàng)建時間。

面向?qū)ο罂梢苑浅７奖愕慕鉀Q一些擴展性的問題，但是在這個過程中系統(tǒng)務(wù)必會產(chǎn)生一些類或者對象，如果系統(tǒng)中存在對象的個數(shù)過多時，將會導(dǎo)致系統(tǒng)的性能下降。對于這樣的問題解決最簡單直接的辦法就是減少系統(tǒng)中對象的個數(shù)。享元模式提供了一種解決方案，使用共享技術(shù)實現(xiàn)相同或者相似對象的重用。也就是說實現(xiàn)相同或者相似對象的代碼共享。

所謂享元模式就是運行共享技術(shù)有效地支持大量細粒度對象的復(fù)用。系統(tǒng)使用少量對象，而且這些都比較相似，狀態(tài)變化小，可以實現(xiàn)對象的多次復(fù)用。

共享模式是支持大量細粒度對象的復(fù)用，所以享元模式要求能夠共享的對象必須是細粒度對象。

首先了解兩個概念：內(nèi)部狀態(tài)、外部狀態(tài)。

內(nèi)部狀態(tài)：在享元對象內(nèi)部不隨外界環(huán)境改變而改變的共享部分。

外部狀態(tài)：隨著環(huán)境的改變而改變，不能夠共享的狀態(tài)就是外部狀態(tài)。

由于享元模式區(qū)分了內(nèi)部狀態(tài)和外部狀態(tài)，所以我們可以通過設(shè)置不同的外部狀態(tài)使得相同的對象可以具備一些不同的特性，而內(nèi)部狀態(tài)設(shè)置為相同部分。

在我們的程序設(shè)計過程中，我們可能會需要大量的細粒度對象來表示對象，如果這些對象除了幾個參數(shù)不同外其他部分都相同，這個時候我們就可以利用享元模式來大大減少應(yīng)用程序當中的對象。

如何利用享元模式呢？這里我們只需要將他們少部分的不同的部分當做參數(shù)移動到類實例的外部，然后在方法調(diào)用的時候?qū)⑺麄儌鬟f過來就可以了。這里也就說明了一點：內(nèi)部狀態(tài)存儲于享元對象內(nèi)部，而外部狀態(tài)則應(yīng)該由客戶端來考慮。

三、享元模式的結(jié)構(gòu)

1.Flyweight: 享元接口，所有具體享元類的超類或接口，通過該接口Flyweight可以接受并作用于外部狀態(tài)。通過該接口可以傳入外部的狀態(tài)，在享元對象的方法處理中可能會使用這些外部的數(shù)據(jù)。

2.ConcreteFlyweight: 具體的享元實現(xiàn)對象，指定內(nèi)部狀態(tài)，必須是共享的，需要封裝Flyweight的內(nèi)部狀態(tài)。

3.UnshareConcreteFlyweight: 非共享的享元實現(xiàn)對象，并不是所有的Flyweight實現(xiàn)對象都需要共享。非共享的享元實現(xiàn)對象通常是對享元對象的組合對象。

4.FlyweightFactoty: 享元工廠類，主要用來創(chuàng)建并管理共享的享元對象，并對外提供訪問共享享元的接口。當用戶請求一個Flyweight時，F(xiàn)lyweightFactory就會提供一個已經(jīng)創(chuàng)建的Flyweight對象或者新建一個（如果不存在）。

5.Client: 享元客戶端，主要的工作就是維持一個對Flyweight的引用，計算或存儲享元的外部狀態(tài)，當然這里可訪問共享和不共享的Flyweight對象。

享元模式的核心在于享元工廠類，享元工廠類的作用在于提供一個用于存儲享元對象的享元池，用戶需要對象時，首先從享元池中獲取，如果享元池中不存在，則創(chuàng)建一個新的享元對象返回給用戶，并在享元池中保存該新增對象。

四、享元模式和單例模式的異同

享元模式可以再次創(chuàng)建對象也可以取緩存對象

單例模式則是嚴格控制單個進程中只有一個實例對象

享元模式可以通過自己實現(xiàn)對外部的單例也可以在需要的使用創(chuàng)建更多的對象

單例模式是自身控制需要增加不屬于該對象本身的邏輯

兩者都可以實現(xiàn)節(jié)省對象創(chuàng)建的時間 ThreadPool 線程池與數(shù)據(jù)庫連接池都有使用享元模式

五、享元模式的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

可以極大減少內(nèi)存中對象的數(shù)量，使得相同或相似對象在內(nèi)存中只保存一份，從而可以節(jié)約系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)性能。
享元模式的外部狀態(tài)相對獨立，而且不會影響其內(nèi)部狀態(tài)，從而使得享元對象可以在不同的環(huán)境中被共享。

缺點：

享元模式使得系統(tǒng)變得復(fù)雜，需要分離出內(nèi)部狀態(tài)和外部狀態(tài)，這使得程序的邏輯復(fù)雜化。
為了使對象可以共享，享元模式需要將享元對象的部分狀態(tài)外部化，而讀取外部狀態(tài)將使得運行時間變長。

六、享元模式的使用場景

一個系統(tǒng)有大量相同或者相似的對象，造成內(nèi)存的大量耗費。
對象的大部分狀態(tài)都可以外部化，可以將這些外部狀態(tài)傳入對象中。
在使用享元模式時需要維護一個存儲享元對象的享元池，而這需要耗費一定的系統(tǒng)資源，因此，應(yīng)當在需要多次重復(fù)使用享元對象時才值得使用享元模式。

七、享元模式的實現(xiàn)

public abstract class abStudent
    {
        public string Name;
        public string schName;
        public string Sex;
        public abStudent()
        {
            schName = "吉林大學(xué)";
            Sex = "男";
        }
        public override string ToString()
        {
            return string.Format("我叫{0},性別{1},在讀學(xué)校{2}", Name, Sex, schName);
        }
    }

public class Student:abStudent
    {
        public Student(string name)
        {
            Name = name;
        }
    }

public class School
    {
        private Dictionary<int, Student> StudentList;
        public School()
        {
            StudentList = new Dictionary<int, Student>();
            StudentList.Add(1, new Student("張三"));
            StudentList.Add(2, new Student("李四"));
        }
        public Student GetStudent(int num)
        {
            return StudentList[num] as Student;
        }
    }

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            School school = new School();
            Student student = school.GetStudent(1);
            Console.WriteLine(student.ToString());
            student = school.GetStudent(2);
            Console.WriteLine(student.ToString());
            Console.ReadKey();
        }
    }