漫谈模式之享元模式

今天，我们来分享结构型模式的另外一个成员：享元模式。

享元模式是一种结构型模式，它通过共享尽可能多的对象来减少内存使用和对象创建的数量，从而提高系统性能和效率。

在开始本文介绍之前，我们先来看一个题目：

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问题来了？

• v1 ==  v2会输出啥true or false？ 
• v3 == v4 会输出啥true or false ？ 

答案是输出

true
false

为什么呢？

第一个输出true，是因为-128到127的数直接取自Cache，所以是同一个对象。

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采用共享技术是享元模式的特点。接下来，我们一起来看下享元模式的介绍和示例。

享元模式介绍

意图

运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

结构

享元模式的基本结构如下：

这里涉及到的参与者有如下几种：

抽象享元角色（Flyweight）

• 此角色是所有的具体享元的超类，为这些类规定出需要实现的公共接口。那些需要外部状态的操作可以通过方法的参数传入

具体享元角色（ConcreteFlyweight）

• 实现抽象享元角色所规定的接口。如果有内部状态的话，必须负责为内部状态提供存储空间。享元对象的内部状态必须与对象所处的周围环境无关，从而使得享元对象可以在系统内部共享。

非共享享元角色（UnsharedConcreteFlyweight）

• 并非所有Flyweight的子类都需要被共享。Flyweight接口使共享成为可能，但它并不是强制共享。在Flyweight对象结构的某些层次，UnsharedFlyweight对象通常将ConcreteFlyweight对象作为子节点。

享元工厂（FlyweightFactory）

• 创建并管理享元对象。
• 确保合理地共享Flyweight。当用户请求一个Flyweight的时候，享元工厂对象提供一个已创建的实例或者创建一个（如果不存在的话）

客户端（Client）

• 维持一个对Flyweight对象的引用。
• 计算或者存储一个（多个）Flyweight的外部状态。

享元模式示例

示例一、茶馆小憩喝茶

春暖花开，我们以一群好朋友周末去西湖游玩，然后在西湖边茶馆喝茶闲聊为场景，给出一个简单的享元模式示例。

每个口味的茶对象是可以共享的，同口味的茶可以服务与不同桌号的顾客。

抽象享元角色

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具体享元角色

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非共享享元角色

此Context非常简单，本来还想加一个楼层信息的属性，简单化了，就只保留了一个桌号属性。TeaOrder参数也可以简化成一个int类型的tableNumber参数。

享元工厂

根据口味获取茶对象。如cache存在则直接从cache返回；如没有，则新建并放入map缓存起来，下次直接从缓存中获取，达到共享的效果。

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Client.java（客户端）

Client端使用Factory来获取茶对象。

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某次输出结果：

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至此一个简单的享元模式例子就完成了。

从上面输出的结果来看，10个人点了十杯茶，包括3种口味，我们只创建了3个茶口味的对象，有7杯茶用到的Tea对象来自于共享。

示例二、坦克大战

小时候玩过的2D的坦克大战小游戏，它可以使用享元模式来提高性能和减少内存占用。比如地图中有很多的障碍物，可以是砖墙、草地、河流等，这些障碍物的特点是完全共享的，只是在不同的坐标位置显示出来即可。

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我们以这些障碍物作为示例，再写一个简单的享元模式实现。

障碍物享元接口

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具体障碍物享元

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享元工厂

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障碍物享元工厂，它负责创建和管理障碍物对象。

游戏客户端

Client端使用Factory来获取障碍物对象，然后使用障碍物对象的方法来绘制游戏场景。由于相同类型的障碍物共享相同的对象，因此可以有效地减少内存占用和对象创建。

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某次运行结果：

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由结果可见，我们渲染了很多障碍物，但是，其实也只有创建了3个对象，3个对象都会共享使用。同一类型的障碍物唯一的区别是显示的坐标一致。如果同类的障碍物显示的量很大，内存中其实只要维护少量的对象数量即可。

小结

优点：

1、大幅度降低内存中对象的数量。

缺点：

1、享元模式使得系统更加复杂。为了使对象可以共享，需要将一些状态外部化，这使得程序的逻辑复杂化。

2、享元模式将享元对象的状态外部化，而读取外部状态使得运行时间稍微变长。

线程池是享元模式的一种应用

在 Java 中，线程池是一种可以重用多个线程的机制，它能够提高程序的性能和效率。在使用线程池时，可以使用享元模式来管理线程的创建和共享，从而更加有效地利用系统资源。

具体来说，线程池中的线程对象可以看作是享元模式中的共享对象，而线程池本身则是享元工厂。当需要使用线程时，线程池从共享池中获取一个空闲的线程对象，而不是每次都创建新的线程对象，这样可以避免频繁地创建和销毁线程对象，从而提高系统性能和效率。

最后，再来看点原型模式和享元模式的一些区别。

原型模式和享元模式的区别

原型模式和享元模式都是为了提高系统性能和效率而设计的模式，但它们的应用场景和实现方式不同，需要根据具体情况进行选择。

应用场景

原型模式适用于创建复杂对象的情况，即需要耗费大量时间和资源的对象。通过克隆已有的对象，可以避免重新创建对象的过程，提高系统的性能和效率。

享元模式则适用于需要创建大量相似对象的情况，通过共享对象的内部状态，可以减少系统中对象的数量，从而节省内存空间和运行时的开销。

实现方式 原型模式的实现方式是通过克隆已有的对象来创建新的对象。实现 Cloneable 接口，并重写 clone() 方法，然后在需要的地方调用 clone() 方法创建新对象。

享元模式则需要将对象的内部状态和外部状态分离开来。内部状态是对象共享的部分，外部状态是对象不同的部分。通过将内部状态保存在共享池中，多个对象可以共享同一个内部状态，而将外部状态保存在对象的属性中，每个对象可以拥有自己的不同属性。