浅谈设计模式-享元模式

书接上回，本篇讲一下结构型模式-享元设计模式

享元设计模式

定义：提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式。实现方式：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象

要理解好享元模式，首先要明白什么叫享元，看了很多同行/大佬的说都没有明确说出享元是啥，我个人理解是共享单元，享元模式讲的就是怎么构建与维护共享单元的，姑且这么理解吧。

UML

IFlyweight：享元接口，定制共享单元的操作规则(操作方法)，一般会明确需要指定参数，按照模式的讲法，这个参数称之为外部属性，享元对象通过这个属性与外界环境(外界对象交互)。

ConcreteFlyweight：具体享元实现对象，必须是可以共享的，需要封装共享单元内部状态。

解释下：
共享单元内部属性：共享单元自己内部定义的属性，当实例创建好之后不允许再改变了，并且这个属性可以认为是该共享单元的身份识别码，同一个共享体系中，身份识别码唯一。
共享单元是可共享的：共享体现中会创建很多结构类似、功能类似对象实例，这肯定耗内存，此时可以提前将这些实例抽象出来，形成共享单元集合，后续需要需要时，根据身份识别码获取满足条件的共享单元，并完成操作。(这描述是不是很像线程池/数据库连接池的线程/连接呢？其实就是同一个东西)

UnsharedConcreteFlyweight：非共享的享元实现对象，并非所有IFlyweight实现对象都是共享的，也有独立的个体，不做共享，这个实现不多。

FlyweightFactory：享元工厂，主要用于创建并管理共享的享元对象，并对外提供访问共享享元的接口。

IFlyWeight 

/**
 * 享元接口
 */
public interface IFlyWeight {

    //行为操作， 参数为外部状态
    void operation(String extrinsieState);
}

ConcreteFlyWeight  

/**
 * 具体享元
 */
public class ConcreteFlyWeight implements IFlyWeight{
    //内部状态
    private String intrinsicState;

    public ConcreteFlyWeight(String intrinsicState) {
        this.intrinsicState = intrinsicState;
    }

    @Override
    public void operation(String extrinsieState) {
        System.out.println("ConcreteFlyWeight---内部：" + intrinsicState + "---外部：" + extrinsieState);
    }
}

UnsharedConcreteFlyWeight  

/**
 * 非共享享元具体
 */
public class UnsharedConcreteFlyWeight implements IFlyWeight{
    //全状态
    private String allState;

    @Override
    public void operation(String extrinsieState) {
        System.out.println("UnsharedConcreteFlyWeight---全状态：" + allState + "---外部：" + extrinsieState);
    }
}

FlyweightFactory  

/**
 * 享元工具类
 */
public class FlyweightFactory {
    //享元池
    private Map<String, IFlyWeight> fsmap = new HashMap<>();
    //获取享元，如果有获取，如果没有添加
    public IFlyWeight getFlyweight(String key){
        if(!fsmap.containsKey(key)){
            fsmap.put(key, new ConcreteFlyWeight(key));
        }
        return fsmap.get(key);
    }
}

案例分析

需求：抽5扑克牌张。牌数搭配：4个花色与点数
约定：花色是固定4个，点数是随机可变的，最大1，最小13

ICard 

/**
 * 卡牌：共享单元接口
 */
public interface ICard {
    //设置数字：外部属性，后续可以变动
    void setNum(int num);

    //显示花色 + 数字
    void show();
}

PlayCard  

/**
 * 卡牌：实际享元
 */
public class PlayCard implements ICard{

    //花色：内在属性，共享单元身份标记，确定之后不可变
    private String colour;

    //数字：外部属性， 通过set方法设置
    private int  num;

    public PlayCard(String colour) {
        this.colour = colour;
    }

    @Override
    public void setNum(int num) {
        this.num = num;
    }

    @Override
    public void show() {
        System.out.println("抽中卡牌：" + colour + "，点数：" + num);
    }
}

CardFactory  

/**
 * 卡片管理工厂
 */
public class CardFactory {
    //卡牌所有花色
    public static final String[] colours = new String[]{"红桃","黑桃","方块","梅花"};

    //卡牌池：享元池
    private Map<String, ICard> map = new HashMap<>();
    //抽牌
    public ICard takeout(){
        //随机抽取花色
        int i = new Random().nextInt(colours.length);
        String color = colours[i];
        //随机抽取点数
        int num = new Random().nextInt(13) + 1;
        if(!map.containsKey(color)){
            map.put(color, new PlayCard(color));
        }
        ICard iCard = map.get(color);
        iCard.setNum(num);
        return iCard;
    }
}

测试

public class App {

    public static void main(String[] args) {

        CardFactory cardFactory = new CardFactory();

        cardFactory.takeout().show();
        cardFactory.takeout().show();
        cardFactory.takeout().show();
        cardFactory.takeout().show();
        cardFactory.takeout().show();

    }
}

结果

抽中卡牌：红桃，点数：3
抽中卡牌：黑桃，点数：6
抽中卡牌：梅花，点数：3
抽中卡牌：方块，点数：9
抽中卡牌：红桃，点数：1

解析

从代码上看，CardFactory类colours属性约定花色固定4个，CardFactory类map属性维护共享池，key值花色，value是共享单元：PlayCard，刚开始共享池是空，随着后续抽牌，共享池会创建4种花色的共享单元，并存储。当共享池满之后(筹齐4种花色共享单元)，继续抽牌就不再创建共享单元了，直接从池中获取，以达到共享的目的。

从共享池中获取的PlayCard共享单元中，colour固定的不允许改动，我们称之为内部属性，而num是可以修改了，根据外界赋值而变动，我们称之为外部属性。

适用场景

常常应用于系统底层的开发，以便解决系统的性能问题
系统有大量相似对象、需要使用缓冲池的场景

优缺点

优点
减少对象的创建，降低内存中对象的数量，降低系统的内存，提高效率
减少内存之外的其他资源占用

缺点
关注内/外部状态，关注线程安全问题
使系统，程序的逻辑复杂化

开发案例

可以从JDK中找例子--Integer

public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {
    private static class IntegerCache {
        static final int low = -128;
        static final int high;
        static final Integer cache[];
        int h = 127;
        high = h;

        cache = new Integer[(high - low) + 1];
        int j = low;
        for(int k = 0; k < cache.length; k++)
            cache[k] = new Integer(j++);
        }
    }

}

看上面的代码，Integer类中它维护了一个私有的静态内部类：IntegerCache ，这个类特点是内部维护一个Integer cache[] 数组，数组中元素初始化值从最小的-128 到最大的127，并且都是Integer类型。

自动装箱

Integer aa = 1;

我们都知道java Integer类型有自动装箱逻辑，其他是调用valueOf方法, 看源码

public static Integer valueOf(int i) {
	if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
		return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
	return new Integer(i);
}

发现问题没，当需要装箱数据值大于等于IntegerCache类约定最小值(-128)，并且小于等于IntegerCache类约定最大值(127)时，并没有直接new Integer，而是直接从缓存中获取。

所以这里可以确定Integer类就使用的享元设计模式里面了。

IntegerCache --- 享元工厂----Flyweight

-128<=Integer<=127  --- 具体共享单元--- ConcreteFlyweight

Integer<-128 或者 Integer > 127----具体非共享单元---UnsharedConcreteFlyweight

Integer 中value值就是：内在状态不可以变

总结

享元模式核心：

1>分清共享与非共享

2>分清内在状态与外在状态

3>分清变与不变

4>构建与维护共享池。

最后：享元模式的本质：分离与共享，对立与统一