Java共用模式/享元模式（Flyweight模式）

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Flyweight定義：避免大量擁有相同內容的小類的開銷(如耗費記憶體)，使大家共用一個類(元類)。為什麼使用共用模式/享元模式物件導向語言的原則就是一切都是對象，但是如果真正使用起來，有時對象數可能顯得很龐大，比如，文書處理軟體，如果以每個文字都作為一個對象，幾千個字，對象數就是幾千，無疑耗費記憶體，那麼我們還是要"求同存異"，找出這些對象群的共同點，設計一個元類，封裝可以被共用的類，另外，還有一些特性是取決於應用(context)，是不可共用的，這也Flyweight中兩個重要概念內部狀態intrinsic和外部狀態extrinsic之分。

說白點，就是先捏一個的原始模型，然後隨著不同場合和環境，再產生各具特徵的具體模型，很顯然，在這裡需要產生不同的新對象，所以Flyweight模式中常出現Factory模式。Flyweight的內部狀態是用來共用的，Flyweight factory負責維護一個Flyweight pool(模式池)來存放內部狀態的對象。

Flyweight模式是一個提高程式效率和效能的模式，會大大加快程式的運行速度。應用場合很多：比如你要從一個資料庫中讀取一系列字串，這些字串中有許多是重複的，那麼我們可以將這些字串儲存在Flyweight池(pool)中。如何使用共用模式/享元模式我們先從Flyweight抽象介面開始：
public interface Flyweight{
　public void operation( ExtrinsicState state );
}
//用於本模式的抽象資料類型(自行設計)
public interface ExtrinsicState { }

下面是介面的具體實現(ConcreteFlyweight)，並為內部狀態增加記憶體空間，ConcreteFlyweight必須是可共用的,它儲存的任何狀態都必須是內部(intrinsic)，也就是說，ConcreteFlyweight必須和它的應用環境場合無關。
public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
　private IntrinsicState state;
　public void operation( ExtrinsicState state ){
　　　//具體操作
　}
}

當然，並不是所有的Flyweight具體實現子類都需要被共用的，所以還有另外一種不共用的ConcreteFlyweight：
public class UnsharedConcreteFlyweight implements Flyweight {
　public void operation( ExtrinsicState state ) { }
}

Flyweight factory負責維護一個Flyweight池(存放內部狀態)，當用戶端請求一個共用Flyweight時，這個factory首先搜尋池中是否已經有可適用的，如果有，factory只是簡單返回送出這個對象，否則，建立一個新的對象，加入到池中，再返回送出這個對象池。public class FlyweightFactory {
　//Flyweight pool
　private Hashtable flyweights = new Hashtable();
　public Flyweight getFlyweight( Object key ) {
　　Flyweight flyweight = (Flyweight) flyweights.get(key);
　　if( flyweight == null ) {
　　　//產生新的ConcreteFlyweight
　　　flyweight = new ConcreteFlyweight();
　　　flyweights.put( key, flyweight );
　　}
　　　return flyweight;
　}
}至此，Flyweight模式的基本架構已經就緒，我們看看如何調用：
FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
Flyweight fly1 = factory.getFlyweight( "Fred" );
Flyweight fly2 = factory.getFlyweight( "Wilma" );
......

從調用上看,好象是個純粹的Factory使用，但奧妙就在於Factory的內部設計上。Flyweight模式在XML等資料來源中應用我們上面已經提到，當大量從資料來源中讀取字串，其中肯定有重複的，那麼我們使用Flyweight模式可以提高效率，以唱片CD為例，在一個XML檔案中，存放了多個CD的資料。

每個CD有三個欄位：

1. 出片日期(year)
2. 歌唱者姓名等資訊(artist)
3. 唱片曲目 (title)

其中，歌唱者姓名有可能重複，也就是說，可能有同一個演唱者的多個不同時期 不同曲目的CD。我們將"歌唱者姓名"作為可共用的ConcreteFlyweight.其他兩個欄位作為UnsharedConcreteFlyweight。

首先看看資料來源XML檔案的內容：<?xml version="1.0"?>
<collection>

<cd>
<title>Another Green World</title>
<year>1978</year>
<artist>Eno, Brian</artist>
</cd>

<cd>
<title>Greatest Hits</title>
<year>1950</year>
<artist>Holiday, Billie</artist>
</cd>

<cd>
<title>Taking Tiger Mountain (by strategy)</title>
<year>1977</year>
<artist>Eno, Brian</artist>
</cd>
.......

</collection>雖然上面舉例CD只有3張，CD可看成是大量重複的小類，因為其中成分只有三個欄位，而且有重複的(歌唱者姓名)。

CD就是類似上面介面 Flyweight：public class CD {
　private String title;
　private int year;
　private Artist artist;

　public String getTitle() {return title;}
　public int getYear() {return year;}
　public Artist getArtist() {return artist;}

　public void setTitle(String t){title = t;}
　public void setYear(int y){year = y;}
　public void setArtist(Artist a){artist = a;}
}將"歌唱者姓名"作為可共用的ConcreteFlyweight：public class Artist {
　//內部狀態
　private String name;

　// note that Artist is immutable.
　String getName(){return name;}

　Artist(String n){
　    name = n;
    }
}再看看Flyweight factory，專門用來製造上面的可共用的ConcreteFlyweight:Artistpublic class ArtistFactory {
　Hashtable pool = new Hashtable();
　Artist getArtist(String key){
　　Artist result;
　　result = (Artist)pool.get(key);
　　////產生新的Artist
　　if(result == null) {
　　　result = new Artist(key);
　　　pool.put(key,result);　　
　　}
　　return result;
    }
}當你有幾千張甚至更多CD時，Flyweight模式將節省更多空間，共用的flyweight越多，空間節省也就越大。
享元模式 概述

    運用共用技術有效地支援大量細粒度的對象。

  適用性

    當都具備下列情況時，使用Flyweight模式：    1.一個應用程式使用了大量的對象。    2.完全由於使用大量的對象，造成很大的儲存開銷。    3.對象的大多數狀態都可變為外部狀態。    4.如果刪除對象的外部狀態，那麼可以用相對較少的共用對象取代很多組對象。    5.應用程式不依賴於對象標識。由於Flyweight對象可以被共用，對於概念上明顯有別的對象，標識測試將返回真值。

  參與者

    1.Flyweight      描述一個介面，通過這個介面flyweight可以接受並作用於外部狀態。    2.ConcreteFlyweight      實現Flyweight介面，並為內部狀態（如果有的話）增加儲存空間。      ConcreteFlyweight對象必須是可共用的。它所儲存的狀態必須是內部的；即，它必須獨立於ConcreteFlyweight對象的情境。    3.UnsharedConcreteFlyweight      並非所有的Flyweight子類都需要被共用。Flyweight介面使共用成為可能，但它並不強制共用。      在Flyweight對象結構的某些層次，UnsharedConcreteFlyweight對象通常將ConcreteFlyweight對象作為子節點。    4.FlyweightFactory      建立並管理flyweight對象。      確保合理地共用flyweight。當使用者請求一個flyweight時，FlyweightFactory對象提供一個已建立的執行個體或者建立一個（如果不存在的話）。

  類圖   例子 Flyweight

public interface Flyweight {    void action(int arg);}

ConcreteFlyweight

public class FlyweightImpl implements Flyweight {    public void action(int arg) {        // TODO Auto-generated method stub        System.out.println("參數值: " + arg);    }}

FlyweightFactory

public class FlyweightFactory {    private static Map flyweights = new HashMap();        public FlyweightFactory(String arg) {        flyweights.put(arg, new FlyweightImpl());    }        public static Flyweight getFlyweight(String key) {        if (flyweights.get(key) == null) {            flyweights.put(key, new FlyweightImpl());        }        return flyweights.get(key);    }        public static int getSize() {        return flyweights.size();    }}

Test

public class Test {    public static void main(String[] args) {        // TODO Auto-generated method stub        Flyweight fly1 = FlyweightFactory.getFlyweight("a");        fly1.action(1);                Flyweight fly2 = FlyweightFactory.getFlyweight("a");        System.out.println(fly1 == fly2);                Flyweight fly3 = FlyweightFactory.getFlyweight("b");        fly3.action(2);                Flyweight fly4 = FlyweightFactory.getFlyweight("c");        fly4.action(3);                Flyweight fly5 = FlyweightFactory.getFlyweight("d");        fly4.action(4);                System.out.println(FlyweightFactory.getSize());    }}

result

參數值: 1true參數值: 2參數值: 3參數值: 44

Java共用模式/享元模式（Flyweight模式）