Java设计模式（十一） 系统优化利器——享元模式

大部分设计模式提供了很好的扩展性和灵活性，而享元模式通过实现对象的共享，减少了内存使用，降低了对象创建和垃圾回收的开销，从而提升了系统性能...

本文介绍了享元模式的适用场景，并结合实例详述了享元模式的实现方式。最后分析了享元模式的优缺点及已（未）遵循的OOP原则。

享元模式适用场景

面向对象技术可以很好的解决一些灵活性或可扩展性问题，但在很多情况下需要在系统中增加类和对象的个数。当对象数量太多时，将导致对象创建及垃圾回收的代价过高，造成性能下降等问题。享元模式通过共享相同或者相似的细粒度对象解决了这一类问题。

享元模式定义

享元模式（Flyweight Pattern），又称轻量级模式（这也是其英文名为FlyWeight的原因），通过共享技术有效地实现了大量细粒度对象的复用。

享元模式类图

享元模式类图如下（点击查看大图）



享元模式角色划分

• FlyWeight 享元接口或者（抽象享元类），定义共享接口
• ConcreteFlyWeight 具体享元类，该类实例将实现共享
• UnSharedConcreteFlyWeight 非共享享元实现类
• FlyWeightFactory 享元工厂类，控制实例的创建和共享

内部状态 vs. 外部状态

•  内部状态是存储在享元对象内部，一般在构造时确定或通过setter设置，并且不会随环境改变而改变的状态，因此内部状态可以共享。
•  外部状态是随环境改变而改变、不可以共享的状态。外部状态在需要使用时通过客户端传入享元对象。外部状态必须由客户端保存。

享元模式实例解析

享元接口，定义共享接口

package com.jasongj.flyweight;

public interface FlyWeight {

void action(String externalState);

}

具体享元类，实现享元接口。该类的对象将被复用

package com.jasongj.flyweight;

import org.slf4j.Logger;

import org.slf4j.LoggerFactory;

public class ConcreteFlyWeight implements FlyWeight {

private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(ConcreteFlyWeight.class);

private String name;

public ConcreteFlyWeight(String name) {

this.name = name;

}

@Override

public void action(String externalState) {

LOG.info("name = {}, outerState = {}", this.name, externalState);

}

}

享元模式中，最关键的是享元工厂。它将维护已创建的享元实例，并通过实例标记（一般用内部状态）去索引对应的实例。当目标对象未创建时，享元工厂负责创建实例并将其加入标记-对象映射。当目标对象已创建时，享元工厂直接返回已有实例，实现对象的复用。



从上面代码中可以看到，享元模式中对象的复用完全依靠享元工厂。同时本例中实现了对象创建的懒加载。并且为了保证线程安全及效率，本文使用了双重检查（Double Check）。

本例中，name可以认为是内部状态，在构造时确定。externalState属于外部状态，由客户端在调用时传入。

享元模式优点

• 享元模式的外部状态相对独立，使得对象可以在不同的环境中被复用（共享对象可以适应不同的外部环境）
• 享元模式可共享相同或相似的细粒度对象，从而减少了内存消耗，同时降低了对象创建与垃圾回收的开销

享元模式缺点

• 外部状态由客户端保存，共享对象读取外部状态的开销可能比较大
• 享元模式要求将内部状态与外部状态分离，这使得程序的逻辑复杂化，同时也增加了状态维护成本

享元模式遵循的OOP原则

•  依赖倒置原则
•  迪米特法则
•  里氏替换原则
•  接口隔离原则
•  单一职责原则
•  开闭原则

本文代码可从作者Github下载

https://github.com/habren/JavaDesignPattern/tree/master/FlyweightPattern/src/main

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