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1. 享元设计模式介绍

1.1 定义

享元模式（英语：Flyweight Pattern）是一种软件设计模式，属结构型设计模式。类似于外观模式、适配器模式和装饰模式。

1.2 原理

享元模式通过共享已经存在的对象来减少对象的创建数量，‌从而节省系统资源，‌提高系统性能。‌这种模式特别适用于大量相似对象的场景，‌通过内部状态和外部状态的区分，‌实现了对象的复用和高效管理。‌

1.3 使用场景

当我们需要创建大量类的对象时，可以使用享元设计模式。由于每个对象都会占用内存空间，而这对于低内存设备（如移动设备或嵌入式系统）来说至关重要，因此可以应用享元设计模式，通过共享对象来减少内存负载。

要应用享元模式，我们需要将对象属性分为内在属性和外在属性。内在属性使对象独一无二，而外在属性由客户端代码设置并用于执行不同的操作。例如，对象 Circle 可以具有外在属性，例如颜色和宽度。要应用享元模式，我们需要创建一个返回共享对象的享元工厂。

1.4 注意事项

在应用享元设计模式之前，我们需要考虑以下因素：

• 应用程序要创建的对象数量应该非常庞大。
• 对象的创建会占用大量内存并且也很耗时。
• 对象属性可以分为内在属性和外在属性，对象的外在属性应该由客户端程序定义。

2. 享元设计模式角色

享元设计模式包含四个主要角色：‌

2.1 抽象享元角色（‌AbstractFlyWeight）‌

这个角色为具体享元角色规定了必须实现的方法，‌在Java中可以是抽象类或接口。‌它定义了享元对象的接口，‌但不涉及具体的实现细节。‌

2.2 具体享元角色（‌ConcreteFlyWeight）‌

这个角色实现了抽象享元角色定义的方法。‌如果存在内蕴状态，‌具体享元角色还负责为内蕴状态提供存储空间。‌

2.3 享元工厂角色（‌FlyWeightFactory）‌

这个角色负责创建和管理享元对象。‌它提供一个用于存储享元对象的享元池。‌当用户需要对象时，‌享元工厂首先尝试从享元池中获取对象。‌如果享元池中不存在所需对象，‌则创建一个新的享元对象并返回给用户，‌同时在享元池中保存该新增对象。‌

2.4 客户端角色（‌Client）‌

这个角色维护对所有享元对象的引用，‌并存储对应的外蕴状态。‌它使用享元工厂来生成抽象享元角色，‌是享元模式的最终使用者。‌

3. 享元设计模式优点

3.1 减少内存使用

享元模式通过共享对象来减少系统中的对象数量，‌从而节省内存空间。‌这是因为通过共享相同或相似的对象，‌避免了不必要的对象创建，‌减少了内存的消耗12。‌

3.2 提升性能

由于减少了对象的数量，‌系统性能得到了提高。‌这是因为共享对象可以避免重复创建对象的开销，‌使得系统运行更加高效12。‌

3.3 简化操作

对于具有相同或相似内部状态的对象，‌可以共享一个享元对象，‌简化了对对象的操作。‌这有助于减少代码复杂度，‌使得维护和扩展更加容易。‌

4. 享元设计模式示例

在下面的例子中，假设我们需要创建一个带有线条和椭圆的图形。因此，我们将有一个接口Shape及其具体实现Line和Oval。Oval 类将具有内在属性来确定是否用给定的颜色填充椭圆，而 Line 则没有任何内在属性。

4.1 编写抽象享元角色（Shape.java）‌

import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;public interface Shape {public void draw(Graphics g, int x, int y, int width, int height,Color color);
}

4.2 编写具体享元角色（Line.java和Oval.java）

Line.java

import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;public class Line implements Shape {public Line(){System.out.println("Creating Line object");//adding time delaytry {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic void draw(Graphics line, int x1, int y1, int x2, int y2,Color color) {line.setColor(color);line.drawLine(x1, y1, x2, y2);}
}

Oval.java
请注意，我特意引入了创建具体类的对象时的延迟，以表明享元模式可以用于实例化时需要大量时间的对象。

import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;public class Oval implements Shape {//intrinsic propertyprivate boolean fill;public Oval(boolean f){this.fill=f;System.out.println("Creating Oval object with fill="+f);// 添加一个延迟try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic void draw(Graphics circle, int x, int y, int width, int height,Color color) {circle.setColor(color);circle.drawOval(x, y, width, height);if(fill){circle.fillOval(x, y, width, height);}}
}

4.3 编写享元工厂角色（ShapeFactory.java）

客户端程序将使用 flyweight 工厂来实例化对象，因此我们需要在工厂中保留一个对象映射，客户端应用程序不应访问该映射。每当客户端程序调用以获取对象实例时，它都应从 HashMap 返回，如果没有找到，则创建一个新对象并将其放入 Map 中，然后返回它。我们需要确保在创建对象时考虑所有内在属性。我们的 flyweight 工厂类如下所示。
ShapeFactory.java

import java.util.HashMap;public class ShapeFactory {private static final HashMap<ShapeType,Shape> shapes = new HashMap<ShapeType,Shape>();public static Shape getShape(ShapeType type) {Shape shapeImpl = shapes.get(type);if (shapeImpl == null) {// 没有找到，则实例化if (type.equals(ShapeType.OVAL_FILL)) {shapeImpl = new Oval(true);} else if (type.equals(ShapeType.OVAL_NOFILL)) {shapeImpl = new Oval(false);} else if (type.equals(ShapeType.LINE)) {shapeImpl = new Line();}// 将实例化的对象添加到shapes hash缓存中 ，方便下次快速获取，提高性能shapes.put(type, shapeImpl);}return shapeImpl;}public static enum ShapeType{OVAL_FILL,OVAL_NOFILL,LINE;}
}

4.4 编写客户端示例代码

下面是一个使用享元模式实现的示例程序。
DrawingClient.java

import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Color;
import java.awt.Container;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;import com.journaldev.design.flyweight.ShapeFactory.ShapeType;public class DrawingClient extends JFrame{private static final long serialVersionUID = -1350200437285282550L;private final int WIDTH;private final int HEIGHT;private static final ShapeType shapes[] = { ShapeType.LINE, ShapeType.OVAL_FILL,ShapeType.OVAL_NOFILL };private static final Color colors[] = { Color.RED, Color.GREEN, Color.YELLOW };public DrawingClient(int width, int height){this.WIDTH=width;this.HEIGHT=height;Container contentPane = getContentPane();JButton startButton = new JButton("Draw");final JPanel panel = new JPanel();contentPane.add(panel, BorderLayout.CENTER);contentPane.add(startButton, BorderLayout.SOUTH);setSize(WIDTH, HEIGHT);setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);setVisible(true);startButton.addActionListener(new ActionListener() {public void actionPerformed(ActionEvent event) {Graphics g = panel.getGraphics();for (int i = 0; i < 20; ++i) {Shape shape = ShapeFactory.getShape(getRandomShape());shape.draw(g, getRandomX(), getRandomY(), getRandomWidth(),getRandomHeight(), getRandomColor());}}});}private ShapeType getRandomShape() {return shapes[(int) (Math.random() * shapes.length)];}private int getRandomX() {return (int) (Math.random() * WIDTH);}private int getRandomY() {return (int) (Math.random() * HEIGHT);}private int getRandomWidth() {return (int) (Math.random() * (WIDTH / 10));}private int getRandomHeight() {return (int) (Math.random() * (HEIGHT / 10));}private Color getRandomColor() {return colors[(int) (Math.random() * colors.length)];}public static void main(String[] args) {DrawingClient drawing = new DrawingClient(500,600);}
}

我使用随机数生成在我们的框架中生成不同类型的形状。如果您运行上述客户端程序，您会注意到在创建第一个线对象和椭圆对象时出现延迟，其中填充为真和假。之后，由于使用共享对象，程序执行速度很快。多次单击“绘制”按钮后，框架如下图所示。

您将在命令行中看到以下输出，确认对象是共享的。

Creating Line object
Creating Oval object with fill=true
Creating Oval object with fill=false

2. 总结

享元模式适用于存在大量相似对象的场景，‌特别是当对象的内部状态较少并且可以共享时。‌这种模式通过内部状态和外部状态的分离，‌使得外部状态的改变可以在外部进行设置，‌尽管这可能会带来一定的复杂性，‌但总体而言，‌享元模式在处理大量相似对象时表现出色。‌

以上就是关于享元模式的全部内容，我们将在以后的文章中探讨更多设计模式。如果您喜欢它，请在评论部分分享您的想法并与其他人分享。