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十二、结构型-享元（Flyweight）模式
2020-09-09 21:39:24

终于，慢慢慢慢到了结构型设计模式的7种的最后一种了，简单的回顾下前面所学的六种，一开始是学了适配器模式，包括类的适配器，对象的适配器，接口的适配器，接着学习了很有用的装饰者模式，像Java中的IO就是用装饰者模式，然后学了代理模式，这个模式和装饰者模式的区别大家需要分清楚，后面学了外观模式，然后比较难理解的桥接模式，组合模式。下面学习7种之中的最后一种：享元模式。

一、什么是享元模式

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。
主要我们要抓住两个字：重用。举个例子，假如数据库连接，每个连接都去新建一个对象，到后面可能会有超级多的连接，会导致性能下降的厉害。假如我们重用连接，也就是用一个连接池，每次去获取连接都从连接池获取，用完后再放回连接池。这样子就极大的提高了性能以及降低了连接操作的频次，不需要每次都新建连接。再比如我们围棋，要是每个棋子都创建一个对象，那么如果做一个围棋游戏，有成百上千万个棋子，想来是不科学，因此我们用享元模式的话就只需要建立两个对象，一黑一白，然后每个棋子的区别只是位置不同而已，这里涉及到了，外部状态及内部状态的概念，内部状态就是黑和白，不会变的。数据库连接的ip，端口，用户密码也会是内部状态不会变的。棋子的位置就是外部状态。
享元模式的主要目的是实现对象的共享，即共享池，当系统中对象多的时候可以减少内存的开销，通常与工厂模式一起使用。

二、UML图

  1. Flyweight是抽象享元角色。它是产品的抽象类，同时定义出对象的外部状态和内部状态的接口或实现；
  2. ConcreteFlyweight是具体享元角色，是具体的产品类，实现抽象角色定义的业务；
  3. UnshareedConcreteFlyweight是不可共享的享元角色，一般不会出现在享元工厂中；
  4. FlyweightFactory是享元工厂，它用于构造一个池容器，同时提供从池中获得对象的方法。

三、代码实现

1、Flyweight
  1. /**
  2.  * 所有具体享元类的超类或接口，通过这个接口，Flyweight可以接受并作用于外部状态。
  3.  * @author suibibk.com
  4.  *
  5.  */
  6. public abstract class Flyweight {
  7.     //内部状态:比如数据库连接的ip，端口，用户，密码，这些基本上不会变化的。
  8.     private String intrinsic;
  9.     //外部状态，比如棋牌里的黑白棋子，这里是颜色。当然不一定有外部状态，比如数据库连接池，就直接初始化池的大小。
  10.     public String extrinsic;
  11.     public Flyweight(String extrinsic) {
  12.         this.extrinsic = extrinsic;
  13.     }
  14.     public String getIntrinsic() {
  15.         return intrinsic;
  16.     }
  17.     public void setIntrinsic(String intrinsic) {
  18.         this.intrinsic = intrinsic;
  19.     }
  20.     /**
  21.      * 根据外部状态来定义不同的业务操作
  22.      * @param extrinsic
  23.      */
  24.     public abstract void operation(String extrinsic);
  25. }
2、ConcreteFlyweight
  1. /**
  2.  * 具体子类，比如数据库连接，这里当然operation也不一定需要
  3.  * @author suibibk.com
  4.  */
  5. public class ConcreteFlyweight extends Flyweight{
  7.     public ConcreteFlyweight(String extrinsic) {
  8.         super(extrinsic);
  9.     }
  11.     @Override
  12.     public void operation(String extrinsic) {
  13.         System.out.println("具体Flyweight:" + extrinsic);
  14.     }
  15. }
3、UnshareedConcreteFlyweight
  1. /**
  2.  * 不需要共享的Flyweight子类。
  3.  * @author suibibk.com
  4.  *
  5.  */
  6. public class UnshareedConcreteFlyweight extends Flyweight{
  8.     public UnshareedConcreteFlyweight(String extrinsic) {
  9.         super(extrinsic);
  10.     }
  12.     @Override
  13.     public void operation(String extrinsic) {
  14.         System.out.println("不需要共享的Flyweight子类："+extrinsic);
  15.     }
  16. }
4、FlyweightFactory
  2. /**
  3.  * 一个享元工厂，用来创建并管理Flyweight对象，主要是用来确保合理地共享Flyweight，当
  4.  * 用户请求一个Flyweight时，FlyweightFactory对象提供一个已创建的实例或创建一个实例。
  5.  * @author suibibk.com
  6.  */
  7. public class FlyweightFactory {
  8.     //定义一个池容器
  9.     //定义一个池容器
  10.     private static HashMap<String, Flyweight> pool = new HashMap<>();
  11.      //享元工厂
  12.     public static Flyweight getFlyweight(String extrinsic) {
  13.         Flyweight flyweight = null;
  14.         if(pool.containsKey(extrinsic)) {    //池中有该对象
  15.             flyweight = pool.get(extrinsic);
  16.             System.out.println("已有 " + extrinsic + " 直接从池中取---->");
  17.         } else {
  18.             //根据外部状态创建享元对象
  19.             flyweight = new ConcreteFlyweight(extrinsic);
  20.             //放入池中
  21.             pool.put(extrinsic, flyweight);
  22.             System.out.println("创建 " + extrinsic + " 并从池中取出---->");
  23.         }
  24.         return flyweight;
  25.     }
  26. }
5、Test
  1. public class Test {
  3.     public static void main(String[] args) {
  4.         FlyweightFactory.getFlyweight("A");
  5.         FlyweightFactory.getFlyweight("B");
  6.         FlyweightFactory.getFlyweight("C");
  7.         FlyweightFactory.getFlyweight("A");
  8.         FlyweightFactory.getFlyweight("B");
  9.     }
  10. }

运行实例，输出如下内容：

  1. 创建 A 并从池中取出---->
  2. 创建 B 并从池中取出---->
  3. 创建 C 并从池中取出---->
  4. 已有 A 直接从池中取---->
  5. 已有 B 直接从池中取---->

我们可以知道，有些对象已经创建过了的不需要再重新创建。

四、具体例子

上面我们按UML图大概实现了一个重用，共享池的概念，接下来我们再实现一个数据库连接池的例子。当然不一定非得遵照UML图，我觉得设计模式只是一种思想，如果我们的代码实现了这种思想即可。下面举的例子没有过多的考虑线程安全以及是否使用，因为最终要的是让用户体验：重用，共享池的概念。

1、享元-数据库连接（Connection）
  1. public class Connection {
  2.     private String ip;
  3.     private String port;
  4.     private String username;
  5.     private String passward;
  6.     public String getIp() {
  7.         return ip;
  8.     }
  9.     public void setIp(String ip) {
  10.         this.ip = ip;
  11.     }
  12.     public String getPort() {
  13.         return port;
  14.     }
  15.     public void setPort(String port) {
  16.         this.port = port;
  17.     }
  18.     public String getUsername() {
  19.         return username;
  20.     }
  21.     public void setUsername(String username) {
  22.         this.username = username;
  23.     }
  24.     public String getPassward() {
  25.         return passward;
  26.     }
  27.     public void setPassward(String passward) {
  28.         this.passward = passward;
  29.     }
  30.     //获取数据库连接
  31.     public Connection(String ip, String port, String username, String passward) {
  32.         super();
  33.         this.ip = ip;
  34.         this.port = port;
  35.         this.username = username;
  36.         this.passward = passward;
  37.         System.out.println("获取一个新的数据库连接");
  38.     }
  39. }

上面的ip这些都是上面所说的内部对象。这里没有外部对象。

2、享元池-数据库连接池（ConnectionPool）
  1. /**
  2.  * 数据库连接池，当然这里没有考虑线程安全，只是为了给大家理解享元的概念。
  3.  * @author suibibk.com
  4.  */
  5. public class ConnectionPool {
  6.     private List<Connection> connections = new ArrayList<Connection>();
  7.     private String ip="127.0.0.1";
  8.     private String port="3306";
  9.     private String username = "suibibk";
  10.     private String password = "123456";
  11.     private Connection connection = null;
  12.     //创建连接池的时候初始化连接池的大小
  13.     public ConnectionPool(int poolSize) {
  14.         for (int i = 0; i <poolSize; i++) {
  15.             connections.add(new Connection(ip, port, username, password));
  16.         }
  17.     }
  18.     public Connection getConnection() {
  19.         if(connections.size()>0) {
  20.             connection = connections.get(0);
  21.             connections.remove(connection);
  22.             System.out.println("数据库中有连接，直接返回");
  23.             return connection;
  24.         }else {
  25.             System.out.println("数据库连接池已用尽，初始化大小不足");
  26.             return null;
  27.         }
  28.     }
  29.     /**
  30.      * 关闭连接，这里是直接返回到连接池
  31.      */
  32.     public void close() {
  33.         System.out.println("释放一个连接");
  34.         connections.add(connection);
  35.     }
  36. }

上面再初始化数据库连接池的时候就初始化了一定的大小，若是不够则报错，表明用户需要初始化大一点，当然数据库连接池一般都会有默认的大小，只不过我这里是简单的举个例子而已，望大家不要介意，主要是理解思想。

2、测试类（TestConnection）
  1. public class TestConnection {
  2.     public static void main(String[] args) {
  3.         ConnectionPool pool = new ConnectionPool(3);
  4.         pool.getConnection();
  5.         pool.getConnection();
  6.         pool.getConnection();
  7.         pool.getConnection();
  8.         pool.close();
  9.         pool.getConnection();
  10.     }
  11. }

运行实例，输出结果如下：

  1. 获取一个新的数据库连接
  2. 获取一个新的数据库连接
  3. 获取一个新的数据库连接
  4. 数据库中有连接，直接返回
  5. 数据库中有连接，直接返回
  6. 数据库中有连接，直接返回
  7. 数据库连接池已用尽，初始化大小不足
  8. 释放一个连接
  9. 数据库中有连接，直接返回

由此可见，我们也是实现了：重用，共享池的理念。

五、使用场景

  1. 系统有大量相似对象
  2. 需要缓冲池的场景

总结

相信根据上面的两个例子，应该都能够理解啥叫做享元模式，我看网上说什么优缺点是一定要有什么外部对象，内部对象，但是按我的理解就是，只要符合重用和共享池的标准，都可以称之为享元模式，或许这种理解不正确，望大家指正。

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啊！这个可能是世界上最丑的留言输入框功能~


当然，也是最丑的留言列表

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