设计模式十二：享元模式（Flyweight Pattern）

当我们需要创建大量相似对象时，享元模式可以帮助我们节省内存空间和提高性能。该模式通过共享相同的数据来减少对象的数量。
在享元模式中，有两种类型的对象：享元（Flyweight）和非享元（Unshared Flyweight）。享元对象是可共享的，它包含内部状态和外部状态。内部状态是不变的，它可以在多个对象之间共享。外部状态是会变化的，它由客户端代码传递给享元对象，因此它不能被共享。
享元模式的核心思想是将相同的外部状态提取出来作为共享对象，在使用时通过传递外部状态进行对象的定制。这样就可以避免创建大量相同的对象，从而减少内存占用。

享元模式的适用场景

享元模式适用于需要创建大量相似对象，并希望节省内存空间和提高性能的场景。它通过共享相同的状态来减少对象的数量，以达到优化性能的目的。

1. 当一个类有大量的相似对象，且这些对象可以共享一些相同的状态时，可以考虑使用享元模式。通过共享相同的状态，可以减少对象的数量，节省内存空间。
2. 当大量对象导致内存占用过高，而且这些对象的状态可以被外部化时，可以使用享元模式来共享这些外部状态。外部状态可以由客户端代码传递给享元对象，从而避免创建大量重复的对象。
3. 当需要在多个对象之间共享和复用状态时，可以使用享元模式。通过共享状态，可以实现对象的复用，提高性能。
4. 当对象的数量很大，但每个对象只包含少量的状态时，可以考虑使用享元模式。通过共享状态，可以减少对象的数量，降低系统的复杂性和维护成本。
5. 当希望将对象的内部状态和外部状态分离，并通过外部状态对对象进行定制时，可以使用享元模式。内部状态是不变的，可以在多个对象之间共享，而外部状态会变化，可以通过客户端代码传递给享元对象。

享元模式主要包含以下几个角色：

在享元模式中，具体享元对象之间可以共享内部状态，而外部状态是可变的，由客户端代码传递。享元工厂负责管理和创建享元对象，避免重复创建相同的享元对象。客户端通过享元工厂获取享元对象，并根据需要传入外部状态，从而定制享元对象的行为。这样可以在节省内存空间的同时，实现定制化的复用。

1. 享元（Flyweight）：它是一个接口或抽象类，定义了具体享元对象的共享方法和获取外部状态方法。
2. 具体享元（Concrete Flyweight）：实现了享元接口，包含内部状态和外部状态两部分。内部状态是不变的，可以被多个享元对象共享；外部状态是可变的，需要在使用时传入。
3. 享元工厂（Flyweight Factory）：管理和创建享元对象，通过一个数据结构（如哈希表）存储已经创建的享元对象，并根据需要进行复用或创建新的享元对象。
4. 客户端（Client）：通过享元工厂来获取享元对象，并根据需要传入外部状态。客户端可以通过共享享元对象的内部状态来节省内存空间和提高性能。

享元模式具体实现

以下实例通过创建歌曲享元工厂，实现歌曲的播放
享元接口

public interface Song {void play();
}

具体享元

/*** 国风歌曲*/
public class ChineseSong implements Song {private String songName;public ChineseSong(String songName) {this.songName = songName;}@Overridepublic void play() {System.out.println("A song called" + songName + " was played");}}

享元工厂

/*** 享元工厂类*/
public class FlyweightFactory {//定义一个集合，用于共享里面的对象private static Map<String, Song> songMap = new HashMap<>();public static ChineseSong getSong(String songName) {ChineseSong chineseSong = (ChineseSong) songMap.get(songName);if (chineseSong == null) {chineseSong = new ChineseSong(songName);songMap.put(songName, chineseSong);System.out.println("Add a new ChineseSong with : " + songName);}return chineseSong;}}

客户端

/*** 享元模式* 利用享元模式实现播放歌曲*/
public class Flyweight {public static void main(String[] args) {Song 稻香 = FlyweightFactory.getSong("稻香");稻香.play();Song 花田错 = FlyweightFactory.getSong("花田错");花田错.play();Song 稻香2 = FlyweightFactory.getSong("稻香");稻香2.play();}}

运行结果

Add a new ChineseSong with : 稻香
A song called稻香 was played
Add a new ChineseSong with : 花田错
A song called花田错 was played
A song called稻香 was played

在 FlyweightFactory中，使用了一个哈希表 Map 来存储已经创建的 Song对象。在获取 Song对象时，首先检查 Map 中是否已存在该颜色的对象，如果存在则直接返回，如果不存在则创建一个新的 Song对象，并将其加入到 Map 中。

享元模式的优缺点

享元模式的优点：

1. 减少内存使用：享元模式通过共享对象来减少内存使用，特别是当有大量相似对象需要创建时。通过共享对象，可以节省大量的内存空间。
2. 提高性能：由于享元模式共享对象，避免了频繁地创建和销毁对象，从而提高了系统的性能。
3. 简化复杂对象：享元模式可以将复杂对象拆分成多个简单的共享对象，使得对象的创建和管理更加简单。

享元模式的缺点：

1. 共享对象的状态不可变：由于享元对象被多个客户端共享，因此其内部状态必须是不可变的。如果某个客户端修改了共享对象的状态，可能会影响其他客户端的操作。
2. 对象共享可能增加复杂性：在实现享元模式时，需要对对象进行合理的划分和管理，这可能增加系统的复杂性。
3. 不适用于所有情况：享元模式主要适用于有大量相似对象需要共享的场景。对于不需要共享对象或者对象之间差异较大的情况，使用享元模式可能并不适合。
   享元模式在需要创建大量相似对象且需要节省内存的场景下具有很好的优势，但也需要注意其适用性和状态管理的复杂性。