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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

在这里插入图片描述
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

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。

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。

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。

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;
    }

    @Override
    public void draw(int x, int y) {
        System.out.println("draw a color: " + color + " circle at " + x + ":" + y);
    }
}

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