一文彻底搞明白享元模式

本篇讲解Java设计模式中的享元模式，分为定义、模式应用前案例、结构、模式应用后案例、适用场景、模式可能存在的困惑和本质探讨7个部分。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

定义

享元模式指的是运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

在新的分类方式中，享元模式被划分至类的属性相关类别中，其应对类的不同对象可以共享内部状态（可共享的属性）的要求。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

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模式应用前案例

在享元模式中，我们来看一个文本编辑器的案例。对于文本编辑器来说，可以包括添加文本、显示文本、清空文本等操作。对于其中的文本，都有自身的文本样式。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

下面，先来看一下未使用享元模式的案例，代码实现如下。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

public class Text {//文本类private final String content;private final TextStyle style;public Text(String content, TextStyle style) {this.content = content;this.style = style;    }public void display() {        System.out.println("Text: " + this.content + ", Style: " + this.style);    }}public class TextStyle {//文本样式类private final String font;private final int size;private final String color;public TextStyle(String font, int size, String color) {this.font = font;this.size = size;this.color = color;    }@Overridepublic String toString() {return "Font: "+ this.font +", Size: "+ this.size +", Color: "+ this.color;    }}public class TextEditor {// 文本编辑器类    List<Text> textList;public TextEditor(){this.textList =new ArrayList<>();    }// 添加文本到编辑器中public void addText(Text text){this.textList.add(text);    }// 显示所有文本内容和样式信息public void displayAllTexts(){for(Text text : this.textList){            text.display();        }    }// 清空所有文本内容public void clearAllTexts(){this.textList.clear();        System.out.println("All texts cleared.");    }}

调用方代码如下。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

public class Client {//调用方代码public static void main(String[] args) {// 创建文本编辑器对象        TextEditor textEditor = new TextEditor();// 创建两个相同样式（Arial 12 Black）的文字片段并添加到编辑器中        TextStyle textStyle1 = new TextStyle("Arial", 12, "Black");        Text text1 = new Text("Hello World", textStyle1);        TextStyle textStyle2 = new TextStyle("Arial", 12, "Black");        Text text2 = new Text("Welcome to the world of programming!", textStyle2);        textEditor.addText(text1);        textEditor.addText(text2);// 显示所有文本内容和样式信息        System.out.println("Displaying all texts:");        textEditor.displayAllTexts();// 清空所有文本内容        System.out.println("/nClearing all texts:");        textEditor.clearAllTexts();    }}

在上述代码中，文本样式类是文本类中的属性。对于每一个文本，即便文本样式相同，代码中也会创建新的文本样式类。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

直观感觉上，就会觉得此处是否可以复用呢？对于此种场景，就适合使用享元模式来进行处理。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

结构

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享元模式的示例代码实现如下。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

public interface Flyweight {void Operation(int extrinsicstate);}public class ConereteFlyweight implements Flyweight {@Overridepublic void Operation(int extrinsicstate) {        System.out.println("共享的具体Flyweight：" +extrinsicstate);    }}public class UnsharedConereteFlyweight implements Flyweight{@Overridepublic void Operation(int extrinsicstate) {        System.out.println("不共享的具体Flyweight：" +extrinsicstate);    }}public class FlyweightFactory {private static final Map<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<>();public FlyweightFactory() {        flyweights.put("A", new ConereteFlyweight());        flyweights.put("B", new ConereteFlyweight());        flyweights.put("C", new ConereteFlyweight());    }public Flyweight getFlyweight(String key) {return flyweights.get(key);    }}public class Client {public static void main(String[] args) {int extrinsicstate = 1;       FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();       Flyweight fa = factory.getFlyweight("A");       fa.Operation(extrinsicstate);       Flyweight fb = factory.getFlyweight("B");       fb.Operation(extrinsicstate);       Flyweight fc = factory.getFlyweight("C");       fc.Operation(extrinsicstate);       UnsharedConereteFlyweight uf = new UnsharedConereteFlyweight();       uf.Operation(extrinsicstate);    }}

可以发现，在享元模式下，先将类的属性分成两种类别，一类是多个对象可以共享的状态，另一类是多个对象私有的状态。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

然后，通过接口或继承实现的一个类家族实现上述两种类别，即图中的Flyweight及具体实现类。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

此外，提供一个FlyweightFactory支撑类，这个类的作用就是负责创建一些包含共享状态的对象，然后缓存起来。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

当调用方需要用到时，就可以通过FlyweightFactory来获取到共享的状态。同时，那些不能共享的状态（或属性），也可以通过UnsharedConcreteFlyweight类来创建。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

模式应用后案例

上述文本编辑器的案例，在使用享元模式后的代码实现如下。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

public class Text {//文本类private final String content;private final TextStyle style;public Text(String content, TextStyle style) {this.content = content;this.style = style;    }public void display() {        System.out.println("Text: " + this.content + ", Style: " + this.style);    }}public class TextStyle {//文本样式类private final String font;private final int size;private final String color;public TextStyle(String font, int size, String color) {this.font = font;this.size = size;this.color = color;    }@Overridepublic String toString() {return "Font: "+ this.font +", Size: "+ this.size +", Color: "+ this.color;    }}

文本Text类中的TextStyle属性可以共享，content属性不能共享。因此，可以创建一个TextFactory类来共享TextStyle。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

public class TextFactory {//享元工厂类private static final HashMap<String, TextStyle> stylesMap = new HashMap<>();public static TextStyle getTextStyle(String font,int size,String color){        stylesMap.putIfAbsent(font+size+color,new TextStyle(font,size,color));return stylesMap.get(font+size+color);    }}

享元工厂类有了之后，文本编辑器类代码如下。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

public class TextEditor {//文本编辑器类    List<Text> textList;public TextEditor(){this.textList =new ArrayList<>();    }// 添加文本到编辑器中public void addText(String content, String font, int size, String color){        TextStyle sharedStyle = TextFactory.getTextStyle(font, size, color);this.textList.add(new Text(content, sharedStyle));    }// 显示所有文本内容和样式信息public void displayAllTexts(){for(Text text : this.textList){            text.display();        }    }// 清空所有文本内容public void clearAllTexts(){this.textList.clear();        System.out.println("All texts cleared.");    }}

调用方代码如下。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

public class Client {//调用方代码public static void main(String[] args) {// 创建文本编辑器对象        TextEditor editor = new TextEditor();// 使用编辑器添加相同样式（Arial 12 Black）的文字片段        editor.addText("Hello World", "Arial", 12, "Black");        editor.addText("Welcome to the world of programming!", "Arial", 12,"Black");// 显示所有文本内容和样式信息        System.out.println("Displaying all texts:");        editor.displayAllTexts();    }}

上述代码中，在需要用到TextStyle的地方，通过享元工厂类获取，而不是直接通过new方式创建，这样所有文本类都可以共享一个TextStyle对象，这就是享元模式发挥作用的地方。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

适用场景

当程序中需要创建大量对象，并且这些对象共享一部分内部状态，为了节省内存空间，就可以考虑使用享元模式。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

比如，在Java语言中，Integer、String等类，由于不同对象可能共享相同的字面量，因此其内部都应用了享元模式。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

模式可能存在的困惑

困惑1：享元模式中，经常提到的内部状态与外部状态，是什么含义?4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

一个类中可以包含多个属性，其中可以被多个对象共享的状态或属性成为“内部状态”，而每个对象独有的属性或状态则成为“外部状态”。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

困惑2：结构图中的Client与FlyweightFactory类有交互，但是案例中的TextEditor类中有使用TextFactory类，Client类并没有使用？4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

在应用设计模式时，有时候不能按照设计模式标准结构来生搬硬套。关键在于理解设计模式的核心思想之后能够灵活运用。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

案例中的TextEditor其实相当于结构中的Client。Text类相当于Flyweight类，而TextStyle类Text类中的共享状态。案例的结构与结构中的结构并不完全相同，但是对于享元模式中的共享思想运用是一致的。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

困惑3：享元模式相当于是为了对象的复用，以节省存储空间。在日常编程中，像对象池、线程池、连接池等技术也是为了对象的复用，那么区别在哪里呢？4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

主要区别在于时间观上的不同。对于对象池、线程池、连接池等技术来说，在同一时刻，一个共享的对象只能用于一个调用方。只有该对象使用完毕重新放在池子之后，其他调用方才能使用。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

而对于享元模式来说，同一时刻，可以被许多调用方同时共享复用，不需要在时间上错开使用。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

本质

享元模式的本质是对类中属性更细粒度的控制。在享元模式中，是通过状态是否共享来分类的。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

通过分类，就可以采取不同的操作。在享元模式中，通过状态是否共享这种分类方式，就可以用来节省存储空间，并且节省空间的同时其实也可以节省对象创建的时间。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

这里值得提醒一下，时间和空间并不是在任何场景下都是一组矛盾关系，如空间增加可以减少时间，空间变少时间就会加长等。在享元模式中，是对象复杂度的降低导致了空间和时间都在某种程度上都有所减少。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

当然，对于类中属性也可能有其他分类方式，如本质属性和偶然属性的划分等。享元模式仅仅是处理这些分类方式中的一种特例。4nU28资讯网——每日最新资讯28at.com

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