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结构性设计模式之Flyweight（享元）

前言：
用自己话理解，避免对象重复创建，对象的属性信息可以重复，细度地方进行区分，比如案例用画圆的代码讲解享元设计模式。经典场景比如游戏：五子棋、象棋、字体、炸弹、子弹、赛车… 只是细粒度不同。

摘要：

享元模式是一种结构性设计模式，通过共享对象来减少内存使用和对象创建开销。该模式将对象属性分为内部状态（可共享）和外部状态（不可共享），适用于大量相似对象场景。典型案例包括图形游戏（粒子效果、地图瓦片）、文本处理（字符样式）和UI控件。模式结构包含享元接口、具体享元类、享元工厂和客户端。文中以Java代码示例展示了如何实现共享圆形对象的颜色属性，而坐标作为外部状态单独处理，有效减少了对象创建数量。

1）意图

运用共享技术有效地支持大量粒度的对象。

2）结构

其中：

• Flyweight 描述一个接口，通过这个接口 Flyweight 可以接受并作用于外部状态。
• ConcreteFlyweight 实现Flyweight接口，并为内部状态（如果有）增加存储空间。
• ConcreteFlyweight 对象必须是可共享的。它所存储的状态必须是内部的，即它必须独
  立于 ConcreteFlyweight 对象的场景。
• 并非所有的 Flyweight 子类都需要被共享。Flyweight 接口使共享成为可能，但它并不
  强制共享。在 Flyweight 对象结构的某些层次，UnsharedConcreteFlyweight 对象通常将
  ConcreteFlyweight 对象作为子结点。
• FlyweightFactory 创建并管理Flyweight对象；确保合理地共享Flyweight,当用户请求
  一个Flyweight时，FlyweightFactory 对象提供一个已创建的实例或者在不存在时创建
  个实例。
• Client 维持一个对 Flyweight 的引用；计算或存储一个或多个 Flyweight 的外部状态。

3）适用性

Flyweight模式适用于：

• 一个应用程序使用了大量的对象。
• 完全由于使用大量的对象，造成很大的存储开销。
• 对象的大多数状态都可变为外部状态。
• 如果删除对象的外部状态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象。
• 应用程序不依赖于对象标识。由于Flyweight对象可以被共享，所以对于概念上明显
  有别的对象，标识测试将返回真值。

4）应用场景

1. 图形与游戏开发
   场景：游戏中的大量粒子（火焰、烟雾）或地图瓦片（Tiles）。

实现：

内部状态：粒子的纹理、颜色；瓦片的图片。

外部状态：粒子的坐标、速度；瓦片的位置。

效果：10,000 个相同纹理的粒子 → 共享一个享元对象。

2. 文本处理
   场景：文档编辑器渲染字符。

实现：

内部状态：字符的字体、字号、颜色（可共享）。

外部状态：字符在文档中的行列位置（每次渲染传入）。

效果：避免为每个相同字符重复存储样式信息。

3. 用户界面（UI）控件
   场景：表格或列表中重复的单元格控件。

实现：共享单元格的样式（背景色、边框），仅存储内容差异。

4. 网络设备模拟
   场景：模拟网络中的路由器（相同型号）。

实现：共享路由器的配置模板，独立存储各路由器的IP地址。

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Random;/*** @author psd 结构性设计模式之享元设计模式*/
public class FlyweightPattern1 {public static void main(String[] args) {ShapeFactory shapeFactory = new ShapeFactory();Random random = new Random();String colors[] = { "red", "blue", "green", "white", "black" };for (int i = 1; i < 21; i++) {int x = random.nextInt(colors.length);Shape shape = shapeFactory.getShape(colors[x]);System.out.print("第" + i + "个圆");shape.draw(random.nextInt(200), random.nextInt(604));}}
}class ShapeFactory {private Map<String, Shape> shapeMap = new HashMap<>();public Shape getShape(String color) {if (!shapeMap.containsKey(color)) {shapeMap.put(color, new Circle(color));System.out.println("create shape color :" + color + "cicle");}return shapeMap.get(color);}
}abstract class Shape {protected String color;/*** 画圆 坐标的位置* * @param x*            x坐标* @param y*            y坐标*/public abstract void draw(int x, int y);
}class Circle extends Shape {public Circle(String color) {this.color = color;}@Overridepublic void draw(int x, int y) {System.out.println("draw a color: " + color + " circle at " + x + ":" + y);}
}

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