相信大家日常開發過程中，一個優秀的程序猿寫出的代碼一定要節省空間的，比如節省內存，節省磁盤等等。那么如何通過設計模式來節省內存呢？

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）：使用共享對象可有效地支持大量的細粒度的對象。

說人話：復用對象，節省內存。

2、享元模式定義

①、Flyweight——抽象享元角色

是一個產品的抽象類， 同時定義出對象的外部狀態和內部狀態的接口或實現。

一個對象信息可以分為內部狀態和外部狀態。

內部狀態 ：對象可共享出來的信息， 存儲在享元對象內部并且不會隨環境改變而改變，可以作為一個對象的動態附加信息， 不必直接儲存在具體某個對象中， 屬于可以共享的部分。

外部狀態 ：對象得以依賴的一個標記， 是隨環境改變而改變的、 不可以共享的狀態。

②、ConcreteFlyweight——具體享元角色

具體的一個產品類， 實現抽象角色定義的業務。該角色中需要注意的是內部狀態處理應該與環境無關， 不應該出現一個操作改變了內部狀態， 同時修改了外部狀態， 這是絕對不允許的。

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

不存在外部狀態或者安全要求（如線程安全） 不能夠使用共享技術的對象， 該對象一般不會出現在享元工廠中。

④、FlyweightFactory——享元工廠

職責非常簡單， 就是構造一個池容器， 同時提供從池中獲得對象的方法。

3、享元模式通用代碼

/**
 * 抽象享元角色
 */
public abstract class Flyweight {
    // 內部狀態
    private String instrinsic;

    // 外部狀態 通過 final 修改，防止修改
    protected final String extrinsic;

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

    // 定義業務操作
    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 {
    // 定義一個池容器
    private static HashMap< String,Flyweight > pool = new HashMap<  >();

    // 享元工廠
    public static Flyweight getFlyweight(String extrinsic){
        // 需要返回的對象
        Flyweight flyweight = null;
        // 池中沒有該對象
        if(pool.containsKey(extrinsic)){
            flyweight = pool.get(extrinsic);
        }else{
            // 根據外部狀態創建享元對象
            flyweight = new ConcreteFlyweight1(extrinsic);
            // 放置到池中
            pool.put(extrinsic,flyweight);
        }
        return flyweight;
    }
}

4、通過享元設計文本編輯器

假設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、大小、顏色等信息。

4.1 普通實現

通常設計是把每個文字看成一個單獨對象。

package com.itcoke.designpattern.flyweight.edittext;

/**
 * 單個文字對象
 */
public class Character {
    // 字符
    private char c;
    // 字體型號
    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);
    }
}

/**
 * 編輯器實現
 */
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

上面的問題很容易發現，每一個字符就會創建一個 Character 對象，如果是幾百萬個字符，那內存中就會存在幾百萬的對象，那怎么去節省這些內存呢？

其實，分析一下，對于字體的格式，通常不會有很多，于是我們可以把字體格式設置為享元，也就是上面說的可以共享的內部狀態。

內部狀態（共享）：字體類型、大小、顏色

外部狀態（不共享）：字符

于是代碼改寫如下：

public class CharacterStyle {
    // 字體型號
    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 中應用

看下面這段代碼，打印結果是啥？

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); 
    }
}

為什么是這種結果呢？

首先說一下 Integer i = 59；底層執行了：Integer i = Integer.valueOf(59); 這是自動裝箱。

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

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() {}
    }

其實這就是我們前面說的享元對象的工廠類，緩存 -128 到 127 之間的整型值，這是最常用的一部分整型值，當然JDK 也提供了方法來讓我們可以自定義緩存的最大值。

6、享元模式優點

減少應用程序創建的對象， 降低程序內存的占用， 增強程序的性能。

但它同時也提高了系統復雜性， 需要分離出外部狀態和內部狀態， 而且外部狀態具有固化特性， 不應該隨內部狀態改變而改變， 否則導致系統的邏輯混亂。

7、享元模式應用場景

①、系統中存在大量的相似對象。

②、細粒度的對象都具備較接近的外部狀態， 而且內部狀態與環境無關， 也就是說對象沒有特定身份。

③、需要緩沖池的場景。