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前言
设计模式是解决复杂问题的最佳实践之一，这些模式都是由经验丰富的程序员在解决问题中总结出来的。享元模式是一种结构型设计模式，旨在通过共享尽可能多的对象来减少内存使用和提高性能。
摘要
享元模式是一个可用于优化重复性的设计模式。如果在应用程序中创建了大量相似的对象，那么可以使用享元模式来减少所需的内存和性能开销。该模式实现了对象的共享，从而减少了内存中对象的数量。也就是说，享元模式允许将对象的状态分为内部状态和外部状态。内部状态存储在享元对象内部，并且在对象创建之后不会发生变化。外部状态由客户端代码传递给享元对象。
享元模式
概念
享元模式是一种结构型设计模式，它通过共享相同或相似的对象来减少内存消耗，提高系统的性能和效率。
在享元模式中，对象分为两类：内部状态和外部状态。内部状态是对象的固有属性，可以被共享；而外部状态则取决于对象的使用环境，不可共享。享元模式将内部状态和外部状态分离，并共享内部状态，从而减少内存中相同状态对象的数量。
典型的享元模式应用场景是在需要大量创建相同或相似对象，且创建和销毁对象的成本较高时，如数据库连接池、线程池等。通过共享已有的对象，减少新对象的创建，可以有效地优化系统性能和资源利用。
结构
享元模式中有以下几个角色：
- 抽象享元（
Flyweight）：享元接口，声明了享元对象的方法。 - 具体享元（
ConcreteFlyweight）：实现抽象享元接口，实现抽象享元的方法，并且需要注意内部状态和外部状态的处理。 - 享元工厂（
FlyweightFactory）：享元工厂用于创建和管理享元对象，它维护一个享元池用于存储已经创建的享元对象，以便重复利用。 - 客户端（
Client）：使用享元工厂创建和管理享元对象。
如下是享元模式的UML类图：
优缺点
优点：
享元模式的优点如下：
- 享元模式可以大大减少内存使用，因为共享对象可以由多个上下文使用。它可以用于缓存那些不经常改变但经常使用的对象，从而提高系统的性能。
- 通过使用享元模式，可以减少对象的数量，从而降低系统的复杂性。
缺点：
享元模式的缺点如下：
- 实现享元模式需要对系统进行全面分析和重构，这可能会增加系统的开发时间和成本。
- 如果内部状态非常复杂，并且不能分为内部状态和外部状态，那么享元模式将无法提供帮助。
模式实现
下面是一个简单的示例代码，展示如何使用享元模式来创建和管理汽车对象。
首先是抽象享元接口：
package com.example.javaDesignPattern.flyweight;
/**
* @author bug菌
* @version 1.0
* @date 2023/9/19 16:15
*/
public interface Car {
void drive(String location);
}
然后是具体享元实现：
package com.example.javaDesignPattern.flyweight;
/**
* @author bug菌
* @version 1.0
* @date 2023/9/19 16:15
*/
public class Bike implements Car {
private String type;
public Bike(String type) {
this.type = type;
}
@Override
public void drive(String location) {
System.out.println("Drive " + type + " bike to " + location);
}
}
package com.example.javaDesignPattern.flyweight;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
/**
* @author bug菌
* @version 1.0
* @date 2023/9/19 16:16
*/
public class CarFactory {
private static Map carPool = new HashMap();
public static Car getCar(String type) {
Car car = carPool.get(type);
if (car == null) {
car = new Bike(type);
carPool.put(type, car);
System.out.println("Create new car of type " + type);
}
return car;
}
}
客户端代码如下所示：
package com.example.javaDesignPattern.flyweight;
/**
* @author bug菌
* @version 1.0
* @date 2023/9/19 16:16
*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Car car1 = CarFactory.getCar("Sport");
car1.drive("New York");
Car car2 = CarFactory.getCar("Sport");
car2.drive("San Francisco");
Car car3 = CarFactory.getCar("Economy");
car3.drive("Los Angeles");
}
}
在客户端代码中，我们使用工厂方法来创建汽车对象。如果工厂已经创建了某种类型的汽车，则从享元池中返回汽车对象。否则，它将创建一个新的汽车对象，并将其添加到享元池中。
代码方法介绍
Car
drive(String location)方法：驾驶汽车到指定的位置。
Bike
Bike(String type)构造方法：创建具体享元对象。drive(String location)方法：驾驶自行车到指定的位置。
CarFactory
getCar(String type)方法：从享元池中获取指定类型的汽车对象。
Client
main(String[] args)方法：客户端代码，用于测试享元模式。
测试用例
下面是测试代码，用于测试享元模式是否工作正常。您可以在本地使用Java编译器运行该代码来查看它是否有效。
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Car car1 = CarFactory.getCar("Sport");
car1.drive("New York");
Car car2 = CarFactory.getCar("Sport");
car2.drive("San Francisco");
Car car3 = CarFactory.getCar("Economy");
car3.drive("Los Angeles");
}
}
执行结果如下：
小结
享元模式是一种结构性设计模式，可用于优化内存使用和性能。通过将对象分为内部状态和外部状态，可以共享已经创建的对象实例。该模式适用于需要创建大量相似对象的应用程序。
附录源码
如上涉及代码均已上传同步在GitHub，提供给同学们参考性学习。
总结
享元模式可以帮助我们优化重复性的代码。它允许我们共享已经创建的相似对象，并且可以显著减少内存使用和性能开销。但是，实现此模式需要对系统进行全面分析和重构。如果可以正确地实现享元模式，那么它将有助于提高系统的性能和扩展性。
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