享元模式

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title: 享元模式
date: 2022-12-19 21:09
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  - 主题场景/设计
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  - 细化主题/设计模式/结构模式/享元模式
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  - 设计
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  - 设计模式/结构模式/享元模式
description: 享元模式（Flyweight Pattern）主要用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能。这种类型的设计模式属于结构型模式，它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。

享元模式（Flyweight Pattern）主要用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能。这种类型的设计模式属于结构型模式，它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。
享元模式尝试重用现有的同类对象，如果未找到匹配的对象，则创建新对象。我们将通过创建 5 个对象来画出 20 个分布于不同位置的圆来演示这种模式。由于只有 5 种可用的颜色，所以 color 属性被用来检查现有的 Circle 对象。

简介

意图：
运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

主要解决：
在有大量对象时，有可能会造成内存溢出，我们把其中共同的部分抽象出来，如果有相同的业务请求，直接返回在内存中已有的对象，避免重新创建。

何时使用：

系统中有大量对象。
这些对象消耗大量内存。
这些对象的状态大部分可以外部化。
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。
系统不依赖于这些对象身份，这些对象是不可分辨的。

如何解决：
用唯一标识码判断，如果在内存中有，则返回这个唯一标识码所标识的对象。

关键代码：
用 HashMap 存储这些对象。

应用实例：

JAVA 中的 String，如果有则返回，如果没有则创建一个字符串保存在字符串缓存池里面。
数据库的数据池。

优点：
大大减少对象的创建，降低系统的内存，使效率提高。

缺点：
提高了系统的复杂度，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固有化的性质，不应该随着内部状态的变化而变化，否则会造成系统的混乱。

使用场景：

系统有大量相似对象。
需要缓冲池的场景。

注意事项：

注意划分外部状态和内部状态，否则可能会引起线程安全问题。
这些类必须有一个工厂对象加以控制。

模式结构

1.享元模式只是一种优化。在应用该模式之前，你要确定程序中存在与大量类似对象同时占用内存相关的内存消耗问题，并且确保该问题无法使用其他更好的方式来解决。
2. 享元（Flyweight）类包含原始对象中部分能在多个对象中共享的状态。同一享元对象可在许多不同情景中使用。享元中存储的状态被称为 “内在状态”。传递给享元方法的状态被称为 “外在状态”。
3. 情景（Context）类包含原始对象中各不相同的外在状态。情景与享元对象组合在一起就能表示原始对象的全部状态。
4. 通常情况下，原始对象的行为会保留在享元类中。因此调用享元方法必须提供部分外在状态作为参数。但你也可将行为移动到情景类中，然后将连入的享元作为单纯的数据对象。
5. 客户端 （Client）负责计算或存储享元的外在状态。在客户端看来，享元是一种可在运行时进行配置的模板对象，具体的配置方式为向其方法中传入一些情景数据参数。
6. 享元工厂 （Flyweight Factory）会对已有享元的缓存池进行管理。有了工厂后，客户端就无需直接创建享元，它们只需调用工厂并向其传递目标享元的一些内在状态即可。工厂会根据参数在之前已创建的享元中进行查找，如果找到满足条件的享元就将其返回；如果没有找到就根据参数新建享元。

适合应用场景

title: 仅在程序必须支持大量对象且没有足够的内存容量时使用享元模式。

应用该模式所获的收益大小取决于使用它的方式和情景。 它在下列情况中最有效：

- 程序需要生成数量巨大的相似对象
- 这将耗尽目标设备的所有内存
- 对象中包含可抽取且能在多个对象间共享的重复状态。

实现方式

将需要改写为享元的类成员变量拆分为两个部分：
1. 内在状态：包含不变的、可在许多对象中重复使用的数据的成员变量。
2. 外在状态：包含每个对象各自不同的情景数据的成员变量
保留类中表示内在状态的成员变量，并将其属性设置为不可修改。这些变量仅可在构造函数中获得初始数值。
找到所有使用外在状态成员变量的方法，为在方法中所用的每个成员变量新建一个参数，并使用该参数代替成员变量。
你可以有选择地创建工厂类来管理享元缓存池，它负责在新建享元时检查已有的享元。如果选择使用工厂，客户端就只能通过工厂来请求享元，它们需要将享元的内在状态作为参数传递给工厂。
客户端必须存储和计算外在状态（情景）的数值，因为只有这样才能调用享元对象的方法。为了使用方便，外在状态和引用享元的成员变量可以移动到单独的情景类中。

示例

优缺点

title: 优点

- 如果程序中有很多相似对象， 那么你将可以节省大量内存。

缺点

你可能需要牺牲执行速度来换取内存，因为他人每次调用享元方法时都需要重新计算部分情景数据。
代码会变得更加复杂。团队中的新成员总是会问： “为什么要像这样拆分一个实体的状态？”。

与其他模式的关系

你可以使用[[享元模式]]实现[[组合模式]]树的共享叶节点以节省内存。

[[享元模式]]展示了如何生成大量的小型对象， [[外观模式]]则展示了如何用一个对象来代表整个子系统。

如果你能将对象的所有共享状态简化为一个享元对象，那么[[享元模式]]就和[[../创建模式/单例模式]]类似了。但这两个模式有两个根本性的不同。

只会有一个单例实体，但是享元类可以有多个实体，各实体的内在状态也可以不同。
单例对象可以是可变的。享元对象是不可变的。