相信大家日常開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一個(gè)優(yōu)秀的程序猿寫(xiě)出的代碼一定要節(jié)省空間的，比如節(jié)省內(nèi)存，節(jié)省磁盤(pán)等等。那么如何通過(guò)設(shè)計(jì)模式來(lái)節(jié)省內(nèi)存呢？

1、什么是享元模式？

Use sharing to support large numbers of fine-grained objects efficiently.

享元模式（Flyweight Pattern）：使用共享對(duì)象可有效地支持大量的細(xì)粒度的對(duì)象。

說(shuō)人話(huà)：復(fù)用對(duì)象，節(jié)省內(nèi)存。

2、享元模式定義

①、Flyweight——抽象享元角色

是一個(gè)產(chǎn)品的抽象類(lèi)， 同時(shí)定義出對(duì)象的外部狀態(tài)和內(nèi)部狀態(tài)的接口或?qū)崿F(xiàn)。

一個(gè)對(duì)象信息可以分為內(nèi)部狀態(tài)和外部狀態(tài)。

內(nèi)部狀態(tài) ：對(duì)象可共享出來(lái)的信息， 存儲(chǔ)在享元對(duì)象內(nèi)部并且不會(huì)隨環(huán)境改變而改變，可以作為一個(gè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)附加信息， 不必直接儲(chǔ)存在具體某個(gè)對(duì)象中， 屬于可以共享的部分。

外部狀態(tài) ：對(duì)象得以依賴(lài)的一個(gè)標(biāo)記， 是隨環(huán)境改變而改變的、 不可以共享的狀態(tài)。

②、ConcreteFlyweight——具體享元角色

具體的一個(gè)產(chǎn)品類(lèi)， 實(shí)現(xiàn)抽象角色定義的業(yè)務(wù)。該角色中需要注意的是內(nèi)部狀態(tài)處理應(yīng)該與環(huán)境無(wú)關(guān)， 不應(yīng)該出現(xiàn)一個(gè)操作改變了內(nèi)部狀態(tài)， 同時(shí)修改了外部狀態(tài)， 這是絕對(duì)不允許的。

③、unsharedConcreteFlyweight——不可共享的享元角色

不存在外部狀態(tài)或者安全要求（如線(xiàn)程安全） 不能夠使用共享技術(shù)的對(duì)象， 該對(duì)象一般不會(huì)出現(xiàn)在享元工廠(chǎng)中。

④、FlyweightFactory——享元工廠(chǎng)

職責(zé)非常簡(jiǎn)單， 就是構(gòu)造一個(gè)池容器， 同時(shí)提供從池中獲得對(duì)象的方法。

3、享元模式通用代碼

/**
 * 抽象享元角色
 */
public abstract class Flyweight {
    // 內(nèi)部狀態(tài)
    private String instrinsic;

    // 外部狀態(tài) 通過(guò) final 修改，防止修改
    protected final String extrinsic;

    protected Flyweight(String extrinsic) {
        this.extrinsic = extrinsic;
    }

    // 定義業(yè)務(wù)操作
    public abstract void operate();

    public String getInstrinsic() {
        return instrinsic;
    }

    public void setInstrinsic(String instrinsic) {
        this.instrinsic = instrinsic;
    }
}

/**
 * 具體享元角色1
 */
public class ConcreteFlyweight1 extends Flyweight{

    protected ConcreteFlyweight1(String extrinsic) {
        super(extrinsic);
    }

    @Override
    public void operate() {
        System.out.println("具體享元角色1");
    }
}

/**
 * 具體享元角色2
 */
public class ConcreteFlyweight2 extends Flyweight{

    protected ConcreteFlyweight2(String extrinsic) {
        super(extrinsic);
    }

    @Override
    public void operate() {
        System.out.println("具體享元角色2");
    }
}

public class FlyweightFactory {
    // 定義一個(gè)池容器
    private static HashMap< String,Flyweight > pool = new HashMap<  >();

    // 享元工廠(chǎng)
    public static Flyweight getFlyweight(String extrinsic){
        // 需要返回的對(duì)象
        Flyweight flyweight = null;
        // 池中沒(méi)有該對(duì)象
        if(pool.containsKey(extrinsic)){
            flyweight = pool.get(extrinsic);
        }else{
            // 根據(jù)外部狀態(tài)創(chuàng)建享元對(duì)象
            flyweight = new ConcreteFlyweight1(extrinsic);
            // 放置到池中
            pool.put(extrinsic,flyweight);
        }
        return flyweight;
    }
}

4、通過(guò)享元設(shè)計(jì)文本編輯器

假設(shè)文本編輯器只包含文字編輯功能，而且只記錄文字和格式兩部分信息，其中格式包括文字的字體型號(hào)、大小、顏色等信息。

4.1 普通實(shí)現(xiàn)

通常設(shè)計(jì)是把每個(gè)文字看成一個(gè)單獨(dú)對(duì)象。

package com.itcoke.designpattern.flyweight.edittext;

/**
 * 單個(gè)文字對(duì)象
 */
public class Character {
    // 字符
    private char c;
    // 字體型號(hào)
    private String font;
    // 字體大小
    private int size;
    // 字體顏色
    private int colorRGB;

    public Character(char c, String font, int size, int colorRGB){
        this.c = c;
        this.font = font;
        this.size = size;
        this.colorRGB = colorRGB;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return String.valueOf(c);
    }
}

/**
 * 編輯器實(shí)現(xiàn)
 */
public class Editor {
    private ArrayList< Character > chars = new ArrayList<  >();

    public void appendCharacter(char c, String font, int size, int colorRGB){
        Character character = new Character(c,font,size,colorRGB);
        chars.add(character);
    }

    public void display(){
        System.out.println(chars);
    }
}

客戶(hù)端：

public class EditorClient {
    public static void main(String[] args) {
        Editor editor = new Editor();
        editor.appendCharacter('A',"宋體",11,0XFFB6C1);
        editor.appendCharacter('B',"宋體",11,0XFFB6C1);
        editor.appendCharacter('C',"宋體",11,0XFFB6C1);
        editor.display();
    }
}

4.2 享元模式改寫(xiě)

上面的問(wèn)題很容易發(fā)現(xiàn)，每一個(gè)字符就會(huì)創(chuàng)建一個(gè) Character 對(duì)象，如果是幾百萬(wàn)個(gè)字符，那內(nèi)存中就會(huì)存在幾百萬(wàn)的對(duì)象，那怎么去節(jié)省這些內(nèi)存呢？

其實(shí)，分析一下，對(duì)于字體的格式，通常不會(huì)有很多，于是我們可以把字體格式設(shè)置為享元，也就是上面說(shuō)的可以共享的內(nèi)部狀態(tài)。

內(nèi)部狀態(tài)（共享）：字體類(lèi)型、大小、顏色

外部狀態(tài)（不共享）：字符

于是代碼改寫(xiě)如下：

public class CharacterStyle {
    // 字體型號(hào)
    private String font;
    // 字體大小
    private int size;
    // 字體顏色
    private int colorRGB;

    public CharacterStyle(String font, int size, int colorRGB) {
        this.font = font;
        this.size = size;
        this.colorRGB = colorRGB;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        CharacterStyle that = (CharacterStyle) o;
        return size == that.size &&
                colorRGB == that.colorRGB &&
                Objects.equals(font, that.font);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(font, size, colorRGB);
    }
}

public class CharacterStyleFactory {

    private static final Map< CharacterStyle,CharacterStyle > mapStyles = new HashMap<  >();

    public static CharacterStyle getStyle(String font, int size, int colorRGB){
        CharacterStyle newStyle = new CharacterStyle(font,size,colorRGB);

        if(mapStyles.containsKey(newStyle)){
            return mapStyles.get(newStyle);
        }
        mapStyles.put(newStyle,newStyle);
        return newStyle;
    }
}

public class Character {
    private char c;
    private CharacterStyle style;

    public Character(char c, CharacterStyle style) {
        this.c = c;
        this.style = style;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return String.valueOf(c);
    }
}

public class Editor {
    private List< Character > chars = new ArrayList<  >();

    public void appendCharacter(char c, String font, int size, int colorRGB){
        Character character = new Character(c,CharacterStyleFactory.getStyle(font,size,colorRGB));
        chars.add(character);
    }

    public void display(){
        System.out.println(chars);
    }
}

5、享元模式在 java.lang.Integer 中應(yīng)用

看下面這段代碼，打印結(jié)果是啥？

public class IntegerTest {
    public static void main(String[] args) {
        Integer i1 = 56;
        Integer i2 = 56;
        Integer i3 = 129;
        Integer i4 = 129;
        System.out.println(i1 == i2); 
        System.out.println(i3 == i4); 
    }
}

為什么是這種結(jié)果呢？

首先說(shuō)一下 Integer i = 59；底層執(zhí)行了：Integer i = Integer.valueOf(59); 這是自動(dòng)裝箱。

int j = i; 底層執(zhí)行了：int j = i.intValue(); 這是自動(dòng)拆箱。

然后我們Integer.valueOf() 方法：

再看 IntegerCache 源碼：

private static class IntegerCache {
        static final int low = -128;
        static final int high;
        static final Integer cache[];

        static {
            // high value may be configured by property
            int h = 127;
            String integerCacheHighPropValue =
                sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
            if (integerCacheHighPropValue != null) {
                try {
                    int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                    i = Math.max(i, 127);
                    // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                    h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
                } catch( NumberFormatException nfe) {
                    // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
                }
            }
            high = h;

            cache = new Integer[(high - low) + 1];
            int j = low;
            for(int k = 0; k < cache.length; k++)
                cache[k] = new Integer(j++);

            // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
            assert IntegerCache.high >= 127;
        }

        private IntegerCache() {}
    }

其實(shí)這就是我們前面說(shuō)的享元對(duì)象的工廠(chǎng)類(lèi)，緩存 -128 到 127 之間的整型值，這是最常用的一部分整型值，當(dāng)然JDK 也提供了方法來(lái)讓我們可以自定義緩存的最大值。

6、享元模式優(yōu)點(diǎn)

減少應(yīng)用程序創(chuàng)建的對(duì)象， 降低程序內(nèi)存的占用， 增強(qiáng)程序的性能。

但它同時(shí)也提高了系統(tǒng)復(fù)雜性， 需要分離出外部狀態(tài)和內(nèi)部狀態(tài)， 而且外部狀態(tài)具有固化特性， 不應(yīng)該隨內(nèi)部狀態(tài)改變而改變， 否則導(dǎo)致系統(tǒng)的邏輯混亂。

7、享元模式應(yīng)用場(chǎng)景

①、系統(tǒng)中存在大量的相似對(duì)象。

②、細(xì)粒度的對(duì)象都具備較接近的外部狀態(tài)， 而且內(nèi)部狀態(tài)與環(huán)境無(wú)關(guān)， 也就是說(shuō)對(duì)象沒(méi)有特定身份。

③、需要緩沖池的場(chǎng)景。