结构类模式（六）：享元（Flyweight）

定义

运用共享技术有效的支持大量细粒度的对象。

两个状态

1. 内蕴状态存储在享元内部，不会随环境的改变而有所不同，是可以共享的。
2. 外蕴状态是不可以共享的，它随环境的改变而改变的，因此外蕴状态是由客户端来保持（因为环境的变化是由客户端引起的）。

和对象池的区别

1. 对象池主要解决对象的复用问题，池中的每个对象都是可以替换的，从池中获取对象A和获取对象B对客户端而言都是一样的。
2. 享元模式主要解决对象的共享问题，建立多个细粒度的可以进行共享的对象是其关注的重点。

UML

优点

1. 减少运行时对象实例的个数，节省内存。
2. 将许多“虚拟”对象的状态集中管理。

缺点

1. 一旦你实现了它，单个的逻辑实现将无法拥有独立而不同的行为。

应用场景

1. 系统中有大量对象且这些对象消耗大量内存。
2. 这些对象的状态大部分可以外部化。
3. 这些对象可以按照内蕴状态分为很多组，当把外蕴对象从对象中剔除出来时，每一组对象都可以用一个对象来代替。

示例

我们考虑一个场景，当我们需要自己实现绘制艺术字时，每一个字符都会有下面的几个状态：1.字体轮廓（这部分就是最耗内存的部分，每个字体都会有大量的数据来记录该字体的样式）；2.字体字符（标志该字体用来表示哪一个字符）；3.字体大小；4.字体位置。

当我们使用该艺术字来呈现一堆文本时，如果每个字符都加载同一份轮廓则会对内存和GC造成压力。

我们会发现对于同一个字符来说，轮廓和字符都是一致的内部状态，而大小和位置则是会变动的外部状态；我们通过使用享元模式来节省内存的使用；

Java

 import java.util.HashMap;
 import java.util.Map;

 public class Main
 {
     public static void main(String[] args)
     {
         String text = "Hello World! Hello Flyweight!";
         for (int i = 0; i < text.length(); i++)
         {
             char c = text.charAt(i);
             FontFlyweight font = (FontFlyweight) FontFlyweightFactory.getFont(c);
             font.size = (int) ((Math.random() * 20) + 7);
             font.x = (int) ((Math.random() * 500));
             font.y = (int) ((Math.random() * 500));
             font.drawFont();
         }
         FontFlyweightFactory.printFontCount();
     }

     /**
      * 字体享元接口
      */
     public interface IFontFlyweight
     {
         /**
          * 绘制当前字体
          */
         void drawFont();
     }

     /**
      * 字体享元类
      */
     public static class FontFlyweight implements IFontFlyweight
     {
         /**
          * 不会改变可以共享的内部状态
          */
         public final char symbol;
         public final String font;

         /**
          * 频繁改变不可以共享的外部状态
          */
         public int size;
         public int x;
         public int y;

         public FontFlyweight(char symbol)
         {
             this.symbol = symbol;
             //这里一般会从硬盘读取指定的美术字的字体样式
             this.font = "自定义的美术字";
         }

         @Override
         public void drawFont()
         {
             //实际上绘制一个指定样式的矢量字符是非常复杂的，内存中需要保存该字符的所有矢量信息，会占用比较大的内存开销
             System.out.println("在位置(" + x + ", " + y + ")处使用字体\"" + font + "\"绘制\"" + size + "\"号尺寸的字符\"" + symbol + "\"");
         }
     }

     /**
      * 字体享元工厂
      */
     public static class FontFlyweightFactory
     {
         private static Map<Character, IFontFlyweight> _map = new HashMap<>();

         /**
          * 根据外部状态获取对应的享元对象
          */
         public static IFontFlyweight getFont(char key)
         {
             if(_map.containsKey(key))
             {
                 return _map.get(key);
             }
             IFontFlyweight info = new FontFlyweight(key);
             _map.put(key, info);
             return info;
         }

         public static void printFontCount()
         {
             System.out.println("内存中存在的字体实例数量：" + _map.values().size());
         }
     }
 }