设计模式-享元模式

1. 具体需求

展示网站项目需求：

小型的外包项目，给客户A做一个产品展示网站，客户A的朋友感觉效果不错，也希望做这样的产品展示网站，但是要求有些不同：

1）有客户要求以新闻的形式发布

2）有客户要求以博客的形式发布

3）有客户希望以微信公众号的形式发布

2. 传统解决方式

2.1 方案

1）直接复制粘贴一份，然后根据客户不同要求定制修改

2）给每个网站租用一个空间

3）方案设计示意图

2.1 问题分析

1）需要的网站结构相似度很高，而且都不是高访问量网站，如果分成多个虚拟空间来处理，相当于一个相同网站的实例对象很多，造成服务器的资源浪费 2）解决思路：整合到一个网站中，共享其相关的代码和数据，对于硬盘、内存、CPU、数据库空间等服务器资源都可以达成共享，减少服务器资源浪费 3）对于代码来说，由于是一份实例，维护和扩展都更加容易 4）上面的解决思路就可以使用 享元模式 来解决

3. 享元模式

3.1 基本介绍

1）享元模式 (Flyweight Pattern）也叫蝇量模式：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象 2）常用于系统底层开发，解决系统的性能问题。像数据库连接池，里面都是创建好的连接对象，在这些连接对象中有我们需要的则直接拿来用，避免重新创建，如果没有我们需要的，则创建一个 3）享元模式能够解决重复对象的内存浪费的问题，当系统中有大量相似对象，需要缓冲池时。不需总是创建新对象，可以从缓冲池里拿。这样可以降低系统内存，同时提高效率 4）享元模式经典的应用场景就是池技术了，String 常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用，享元模式是池技术的重要实现方式

3.2 原理及角色说明

1）FlyWeight 是抽象的享元角色，他是产品的抽象类，同时定义出对象的外部状态和内部状态(后面介绍）的接口或实现 2）ConcreteFlyWeight 是具体的享元角色，是具体的产品类，实现抽象角色定义相关业务 3） UnSharedConcreteFlyWeight 是不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂。 4） FlyWeightFactory 享元工厂类，用于构建一个池容器(集合），同时提供从池中获取对象方法

3.3 内部状态和外部状态

比如围棋、五子棋、跳棋，它们都有大量的棋子对象，围棋和五子棋只有黑白两色，跳棋颜色多一点，所以棋子颜色就是棋子的内部状态；而各个棋子之间的差别就是位置的不同，当我们落子后，落子颜色是固定的，但位置是变化的，所以棋子坐标就是棋子的外部状态

1）享元模式提出了两个要求：细粒度和共享对象。这里就涉及到内部状态和外部状态了，即将对象的信息分为两个部分：内部状态和外部状态 2）内部状态指对象共享出来的信息，存储在享元对象内部且不会随环境的改变而改变（不会改变的） 3）外部状态指对象得以依赖的一个标记，是随环境改变而改变的、不可共享的状态（会改变的）

4）举个例子：围棋理论上有361个空位可以放棋子，每盘棋都有可能有两三百个棋子对象产生，因为内存空间有限，一台服务器很难支持更多的玩家玩围棋游戏，如果用享元模式来处理棋子，那么棋子对象就可以减少到只有两个实例，这样就可以很好的解决对象开销问题

4. 享元模式解决方式

1）要求：使用享元模式完成前面提出的网站外包问题

2）思路分析

3）代码实现

//FlyWeight
public abstract class WebSite {
    //user是外部状态
    public abstract void use(User user);
}

//ConcreteFlyWeight
public class ConcreteWebSite extends WebSite {
    //共享的部分，内部状态
    private String type = "";//网站发布的类型

    public ConcreteWebSite(String type) {
        this.type = type;
    }

    @Override
    public void use(User user) {
        System.out.println("网站的发布形式为：" + type + " User " + user.getName() + "在使用");
    }
}

//享元工厂，根据需要返回一个website
public class WebSiteFactory {
    //集合，充当池
    private HashMap<String, ConcreteWebSite> pool = new HashMap<>();

    //根据类型返回website，如果没有就创建一个新的并放入pool
    public WebSite getWebSite(String type){
        if (!pool.containsKey(type)){
            pool.put(type, new ConcreteWebSite(type));
        }
        return pool.get(type);
    }

    //获取网站分类的总数(池子中有多少个网站类型)
    public int websiteCount(){
        return pool.size();
    }
}

//Test
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        WebSiteFactory factory = new WebSiteFactory();
        //客户要一个以新闻形式发布的网站
        WebSite news = factory.getWebSite("新闻");
        news.use(new User("tom"));
        //客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite blog1 = factory.getWebSite("博客");
        blog1.use(new User("jack"));
        //客户要一个以博客形式发布的网站
        WebSite blog2 = factory.getWebSite("博客");
        blog2.use(new User("tim"));

        System.out.println("实际上工厂里有多少个网站呢？" + factory.websiteCount());
    }
}

5. 享元模式在JDK- Integer的应用源码分析

1）Integer中的享元模式

2）代码分析+Debug源码+说明

3）代码说明

public class FlyWeight {
	public static void main(String[] args) {
		//如果 Integer.valueOf(x) x在-128 --- 127 ֱ直接，就是享元模式返回，如果不在
		//范围类，则仍然new 
		
		//小结:
		//1. 在valueOf方法中，先判断值是否在IntegerCache中，如果不在，就创建新的Integer(new), 否则，就直接从缓存池返回
		//2. valueOf方法，就使用到享元模式
		//3. 如果使用valueOf方法得到一个Integer实例，范围在-128 - 127，执行速度比new快
		Integer x = Integer.valueOf(127); //得到x实例，类型Integer
		Integer y = new Integer(127); // 得到x实例，类型Integer
		Integer z = Integer.valueOf(127);//..
		Integer w = new Integer(127);
		
		System.out.println(x.equals(y)); // 大小，true
		System.out.println(x == y ); //  false
		System.out.println(x == z ); // true
		System.out.println(w == x ); // false
		System.out.println(w == y ); // false
		
		Integer x1 = Integer.valueOf(200);
		Integer x2 = Integer.valueOf(200);
		System.out.println("x1==x2" + (x1 == x2)); // false
	}
}

6. 享元模式的注意事项和细节

1）在享元模式这样理解，“享”就表示共享，“元”表示对象 2）系统中有大量对象，这些对象消耗大量内存，并且对象的状态大部分可以外部化时，我们就可以考虑选用享元模式 3）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，用HashMap/HashTable 存储 4）享元模式大大减少了对象的创建，降低了程序内存的占用，提高效率 5）享元模式提高了系统的复杂度。需要分离出内部状态和外部状态，而外部状态具有固化特性，不应该随着内部状态的改变而改变，这是我们使用享元模式需要注意的地方 6）使用享元模式时，注意划分内部状态和外部状态，并且需要有一个工厂类加以控制 7）享元模式经典的应用场景是需要缓冲池的场景，比如 String 常量池、数据库连接池