Java设计模式（5）共享模式/享元模式（Flyweight模式）

Flyweight定义：避免大量拥有相同内容的小类的开销(如耗费内存)，使大家共享一个类(元类)。

为什么使用共享模式/享元模式

面向对象语言的原则就是一切都是对象，但是如果真正使用起来，有时对象数可能显得很庞大，比如，字处理软件，如果以每个文字都作为一个对象，几千个字，对象数就是几千，无疑耗费内存，那么我们还是要"求同存异"，找出这些对象群的共同点，设计一个元类，封装可以被共享的类，另外，还有一些特性是取决于应用(context)，是不可共享的，这也Flyweight中两个重要概念内部状态intrinsic和外部状态extrinsic之分。

说白点，就是先捏一个的原始模型，然后随着不同场合和环境，再产生各具特征的具体模型，很显然，在这里需要产生不同的新对象，所以Flyweight模式中常出现Factory模式。Flyweight的内部状态是用来共享的，Flyweight factory负责维护一个Flyweight pool(模式池)来存放内部状态的对象。

Flyweight模式是一个提高程序效率和性能的模式，会大大加快程序的运行速度。应用场合很多：比如你要从一个数据库中读取一系列字符串，这些字符串中有许多是重复的，那么我们可以将这些字符串储存在Flyweight池(pool)中。

如何使用共享模式/享元模式

我们先从Flyweight抽象接口开始：

public interface Flyweight{

　public void operation( ExtrinsicState state );

}

//用于本模式的抽象数据类型(自行设计)

public interface ExtrinsicState { }

下面是接口的具体实现(ConcreteFlyweight)，并为内部状态增加内存空间，ConcreteFlyweight必须是可共享的,它保存的任何状态都必须是内部(intrinsic)，也就是说，ConcreteFlyweight必须和它的应用环境场合无关。

public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {

　private IntrinsicState state;

　public void operation( ExtrinsicState state ){

　　　//具体操作

　}

}

当然，并不是所有的Flyweight具体实现子类都需要被共享的，所以还有另外一种不共享的ConcreteFlyweight：

public class UnsharedConcreteFlyweight implements Flyweight {

　public void operation( ExtrinsicState state ) { }

}

Flyweight factory负责维护一个Flyweight池(存放内部状态)，当客户端请求一个共享Flyweight时，这个factory首先搜索池中是否已经有可适用的，如果有，factory只是简单返回送出这个对象，否则，创建一个新的对象，加入到池中，再返回送出这个对象池。

public class FlyweightFactory {

　//Flyweight pool

　private Hashtable flyweights = new Hashtable();

　public Flyweight getFlyweight( Object key ) {

　　Flyweight flyweight = (Flyweight) flyweights.get(key);

　　if( flyweight == null ) {

　　　//产生新的ConcreteFlyweight

　　　flyweight = new ConcreteFlyweight();

　　　flyweights.put( key, flyweight );

　　}

　　　return flyweight;

　}

}

至此，Flyweight模式的基本框架已经就绪，我们看看如何调用：

FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();

Flyweight fly1 = factory.getFlyweight( "Fred" );

Flyweight fly2 = factory.getFlyweight( "Wilma" );

......

从调用上看,好象是个纯粹的Factory使用，但奥妙就在于Factory的内部设计上。

Flyweight模式在XML等数据源中应用

我们上面已经提到，当大量从数据源中读取字符串，其中肯定有重复的，那么我们使用Flyweight模式可以提高效率，以唱片CD为例，在一个XML文件中，存放了多个CD的资料。

每个CD有三个字段：

出片日期(year)
歌唱者姓名等信息(artist)
唱片曲目 (title)

其中，歌唱者姓名有可能重复，也就是说，可能有同一个演唱者的多个不同时期不同曲目的CD。我们将"歌唱者姓名"作为可共享的ConcreteFlyweight.其他两个字段作为UnsharedConcreteFlyweight。

首先看看数据源XML文件的内容：

<?xml version="1.0"?>

<collection>

<cd>

<title>Another Green World</title>

<year>1978</year>

<artist>Eno, Brian</artist>

</cd>

<cd>

<title>Greatest Hits</title>

<year>1950</year>

<artist>Holiday, Billie</artist>

</cd>

<cd>

<title>Taking Tiger Mountain (by strategy)</title>

<year>1977</year>

<artist>Eno, Brian</artist>

</cd>

.......

</collection>

虽然上面举例CD只有3张，CD可看成是大量重复的小类，因为其中成分只有三个字段，而且有重复的(歌唱者姓名)。

CD就是类似上面接口 Flyweight：

public class CD {

　private String title;

　private int year;

　private Artist artist;

　public String getTitle() {return title;}

　public int getYear() {return year;}

　public Artist getArtist() {return artist;}

　public void setTitle(String t){title = t;}

　public void setYear(int y){year = y;}

　public void setArtist(Artist a){artist = a;}

}

将"歌唱者姓名"作为可共享的ConcreteFlyweight：

public class Artist {

　//内部状态

　private String name;

　// note that Artist is immutable.

　String getName(){return name;}

　Artist(String n){

　    name = n;

    }

}

再看看Flyweight factory，专门用来制造上面的可共享的ConcreteFlyweight:Artist

public class ArtistFactory {

　Hashtable pool = new Hashtable();

　Artist getArtist(String key){

　　Artist result;

　　result = (Artist)pool.get(key);

　　////产生新的Artist

　　if(result == null) {

　　　result = new Artist(key);

　　　pool.put(key,result);　　

　　}

　　return result;

    }

}

当你有几千张甚至更多CD时，Flyweight模式将节省更多空间，共享的flyweight越多，空间节省也就越大。

系列文章：

Java设计模式（1）工厂模式（Factory模式）

Java设计模式（2）单态模式（Singleton模式）

Java设计模式（3）建造者模式（Builder模式）

Java设计模式（4）原型模式（Prototype模式）

Java设计模式（5）共享模式/享元模式（Flyweight模式）

Java设计模式（6）桥模式（Bridge模式）

Java设计模式（7）装饰模式（Decorator模式）

Java设计模式（8）组合模式（Composite模式）

Java设计模式（9）适配器模式（Adapter模式）

Java设计模式（10）代理模式（Proxy模式）

Java设计模式（11）外观模式（Facade模式）

Java设计模式（12）迭代模式（Iterator模式）

Java设计模式（13）模板模式（Template模式）

Java设计模式（14）责任链模式（Chain of Responsibility模式）

Java设计模式（15）备忘录模式（Memento模式）

Java设计模式（16）中介模式（Mediator模式）

Java设计模式（17）解释器模式（Interpreter模式）

Java设计模式（18）策略模式（Strategy模式）

Java设计模式（19）状态模式（State模式）

Java设计模式（20）观察者模式（Observer模式）

Java设计模式（21）访问模式（Visitor者模式）

Java设计模式（22）命令模式（Command模式）