享元模式

享元模式，"享"即共享，"元"即元素，软件中则为对象，享元就是共享对象之意。这种设计模式用来共享对象而不是大量创建对象，以节约系统资源。现实中，很多东西都可以使用享元模式来解决，比如围棋、五子棋，棋子的颜色就黑白两种，只是他们在棋盘的位置不同；又如，展示类网站，多个用户公用一套系统，只是内容和展示形式存在差异；再如，教室的课桌和凳子…​上述示例都有一个共同点：相关的东西存在很大的相似，但是也不完全相同，此时如果要开发软件，那么都可以用享元模式来设计。 1. 从围棋游戏开始 假设要你开发一款围棋游戏，我们知道，围棋棋子有黑色和白色两种，棋子在棋盘上的位置随着下棋的进行而不同，那么你怎么设计类关系？ 常规的思路是使用工厂模式，棋手每落下一枚棋子，那么就创建一个棋子实例，并设置它放置的位置： Figure 1. 使用工厂模式 但是，围棋有 19 × 19 = 361 个交叉点，假设每个点上全部都有棋子，那么足足需要创建361个对象！这无疑是对系统资源的浪费。 那么，有好的解决办法吗？答案是使用享元模式来设计。 2. 什么是享元模式 享元模式（flyweight），也叫蝇量模式，它强调对象的细粒度控制和共享，主张运用共享技术有效地支持对象的复用。"享"即共享，"元"即元素，软件中则为对象，说白了就是最大程度的让对象可以共享并复用。享元模式的类结构如图所示： Figure 2. 享元模式类结构 如图所示，可以看出，享元模式有如下几种角色： 抽象享元角色(Flyweight)：具体享元对象的超类或接口，可以接受作用于外部状态（见后文）； 具体享元角色(ConcreteFlyweight)：继承或实现抽象享元角色，为内部状态增加存储空间； 非共享享元角色(UnsharedConcreteFlyweight)：同样继承或实现抽象享元角色，但是这些类并不需要共享出来； 享元工厂角色：管理Flyweight对象，确保合理的共享他们。它往往提供获取Flyweight对象的方法，当对象存在时直接返回，否则创建一个。 提示 有的书上也将UnsharedConcreteFlyweight对象单独提出来，将其看做外部状态的抽象，它并不实现Flyweight，而是作为Flyweight接口方法的参数进行传递，以说明它不共享。 享元模式的结构也好理解：抽象一个享元接口，提供通用的方法，然具体享元对象实现该接口，但是并不是所有逇具体享元对象都需要共享，因此按需共享并拆分，最后由享元工厂统一管理他们。上边还提到两个概念：外部状态和内部状态，它们是什么？ 2.1. 外部状态和内部状态 在享元模式中，对象状态按是否共享分为两种：共享和不共享，随着环境变化而改变的、不可以共享的状态称为外部状态；相反，不会随着环境变化而改变的状态称为内部状态。 使用享元模式，重点是要分析出哪些对象是外部状态，哪些是内部状态，并将外部状态单独抽象出来，作为一个变化的部分。 在前边围棋的例子中，棋子的颜色只有黑、白两种，它们不会随着下棋的进行而增加或者减少，因此棋子的颜色是内部状态。而棋子在棋盘上放置的位置，随着下棋的进行，棋子的位置都会不同，因此，棋子的位置是外部状态。 又比如，多个用户共用一个网站，网站可以作为Flyweight对象而共享，而网站的代码、模板、数据库都是不会变化（增加或减少）的，它们可作为内部状态来共享。但是，不同的用户账号是不同的，每个用户都有自己额账号，因此，账号可以作为外部状态。此时就可以将账号单独提取出来作为一个变化的实体： Figure 3. 共享网站的设计类图 3. 围棋游戏改进 我们再来看看如何使用享元模式来解决围棋中重复创建对象、浪费资源的问题。 首先，前边已经分析了，围棋棋子的颜色是内部状态，而其在棋盘的位置是外部状态。那么，我们可以设计如下的类图： Figure 4. 围棋使用享元模式设计的类图 内部对象定义为Color类，外部对象抽象为Position类，Piece为抽象的Flyweight对象，WeiqiPiece作为具体的享元对象实现了Piece接口。最后，这些对象通过WeiqiPieceFactory统一管理。示例代码如下： 1、定义外部状态类： // 外部状态: 棋子位置 class Position { private final int x; private final int y; public Position(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; } public String position() { (1) return "(" + x + "," + y + ")"; } } ...