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享元模式

享元模式（Flyweight Pattern）主要用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能。这种类型的设计模式属于结构型模式，它提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式，可使我们能够重复利用对象，使我们减少重复创建和销毁对象造成的开销，从而提升程序的运行效率。

享元模式尝试重用现有的同类对象，如果未找到匹配的对象，则创建新对象。我们将通过创建 5 个对象来画出 20 个分布于不同位置的圆来演示这种模式。由于只有 5 种可用的颜色，所以 color 属性被用来检查现有的 Circle 对象。

介绍

• 意图：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

• 主要解决：在有大量对象时，有可能会造成内存溢出，我们把其中共同的部分抽象出来，如果有相同的业务请求，直接返回在内存中已有的对象，避免重新创建。

• 何时使用：

1. 系统中有大量重可复利用的对象。
2. 这些对象消耗大量内。
3. 对象的创建和销毁较为浪费系统资源。
4. 这些对象的状态大部分可以外部化。
5. 这些对象可以按照内蕴状态分为很多组，当把外蕴对象从对象中剔除出来时，每一组对象都可以用一个对象来代替。
6. 系统不依赖于这些对象身份，这些对象是不可分辨的。

• 应用实例： 1、JAVA 中的 String，如果有则返回，如果没有则创建一个字符串保存在字符串缓存池里面。 2、数据库的连接池。

• 优点：大大减少对象的创建，降低系统的内存，使效率提高。

• 缺点：提高了系统的复杂度，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固有化的性质，不应该随着内部状态的变化而变化，否则会造成系统的混乱。

实现

我们将创建一个 Shape 接口和实现了 Shape 接口的实体类 Circle。下一步是定义工厂类 ShapeFactory。

ShapeFactory 有一个 Circle 的 HashMap，其中键名为 Circle 对象的颜色。无论何时接收到请求，都会创建一个特定颜色的圆。ShapeFactory 检查它的 HashMap 中的 circle 对象，如果找到 Circle 对象，则返回该对象，否则将创建一个存储在 hashmap 中以备后续使用的新对象，并把该对象返回到客户端。

FlyWeightPatternDemo 类使用 ShapeFactory 来获取 Shape 对象。它将向 ShapeFactory 传递信息（red / green / blue/ black / white），以便获取它所需对象的颜色。

享元模式的 UML 图

java

步骤 1
创建一个接口。

Shape.java

public interface Shape {void draw();
}

步骤 2
创建实现接口的实体类。

Circle.java

public class Circle implements Shape {private String color;private int x;private int y;private int radius;public Circle(String color){this.color = color;     }public void setX(int x) {this.x = x;}public void setY(int y) {this.y = y;}public void setRadius(int radius) {this.radius = radius;}@Overridepublic void draw() {System.out.println("Circle: Draw() [Color : " + color +", x : " + x +", y :" + y +", radius :" + radius);}
}

步骤 3
创建一个工厂，生成基于给定信息的实体类的对象，我梦采用hashmap结构存储我们的数据。

ShapeFactory.java

import java.util.HashMap;public class ShapeFactory {private static final HashMap<String, Shape> circleMap = new HashMap<>();public static Shape getCircle(String color) {Circle circle = (Circle)circleMap.get(color);if(circle == null) {circle = new Circle(color);circleMap.put(color, circle);System.out.println("Creating circle of color : " + color);}return circle;}
}

步骤 4
使用该工厂，通过传递颜色信息来获取实体类的对象，并且我们是通过颜色判断，是否是需要同一个对象。

FlyweightPatternDemo.java

public class FlyweightPatternDemo {private static final String colors[] = { "Red", "Green", "Blue", "White", "Black" };public static void main(String[] args) {for(int i=0; i < 20; ++i) {Circle circle = (Circle)ShapeFactory.getCircle(getRandomColor());circle.setX(getRandomX());circle.setY(getRandomY());circle.setRadius(100);circle.draw();}}private static String getRandomColor() {return colors[(int)(Math.random()*colors.length)];}private static int getRandomX() {return (int)(Math.random()*100 );}private static int getRandomY() {return (int)(Math.random()*100);}
}

步骤 5
执行程序，输出结果：

Creating circle of color : Black
Circle: Draw() [Color : Black, x : 36, y :71, radius :100
Creating circle of color : Green
Circle: Draw() [Color : Green, x : 27, y :27, radius :100
Creating circle of color : White
Circle: Draw() [Color : White, x : 64, y :10, radius :100
Creating circle of color : Red
Circle: Draw() [Color : Red, x : 15, y :44, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 19, y :10, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 94, y :32, radius :100
Circle: Draw() [Color : White, x : 69, y :98, radius :100
Creating circle of color : Blue

rust

rust和java的实现相似，就不再赘述过程，不过需要注意的是，在rust中官方没有提供rand包我们需要引入第三方包，所以我们需要在Cargo.toml文件引入以下依赖

[dependencies]
rand = "0.8.5"

实现代码

use std::{collections::HashMap};
use rand::{Rng};
// 创建形状接口
trait Shape {fn draw(&self);
}
struct Circle{color:String,x:i32,y:i32,radius:i32,
}
impl Shape for Circle {fn draw(&self) {println!("Circle: Draw() [Color: {},x: {},y: {},radius: {}]",self.color,self.x,self.y,self.radius);}
}
impl Circle {fn new(color:String)->Circle {Circle{color:color,x:0,y:0,radius:0}}
}
// 设置形状工场，进行管理
struct ShapeFactory{circle_map:HashMap<String,Circle>
} 
impl ShapeFactory {fn get_circle(&mut self,color:&str)->&mut Circle{match self.circle_map.get(color) {None=>{self.circle_map.insert(color.to_owned(),Circle::new(color.to_owned()));  println!("Creating circle of color : {}" ,color);}Some(_)=>{println!("已有触发享元")}};self.circle_map.get_mut(color).unwrap()}
}
fn get_rand_color()->& 'static str {COLORS[rand::thread_rng().gen_range(0..COLORS.len())]
}
fn get_randx()->i32 {rand::thread_rng().gen_range(0..100)
}
fn get_randy()->i32 {rand::thread_rng().gen_range(0..100)
}
const  COLORS: [&str; 5]=["Red", "Green", "Blue", "White", "Black" ];fn main() {let  mut shape_factory=ShapeFactory{circle_map:HashMap::new()};for _x in 1..=5 {let  color=shape_factory.get_circle(get_rand_color());color.x=get_randx();color.y=get_randy();color.radius=100;color.draw();}// println!("{}",get_rand_color());}

rust仓库

rust仓库

https://github.com/onenewcode/design.git
本教程项目在bin文件夹下的flyweight.rs文件中