一、概述

享元（Flyweight）模式摒弃了在每个对象中保存所有数据的方式，通过共享多个对象共有的相同状态，使得能在有限的内存中加载更多对象。

享元对象的核心是系统中会产生大量的同类对象，通过共享对象内在状态，不需要总是创建新对象，从而降低内存占用并提高效率。正因为这样，所以享元模式在池化技术中得到了广泛应用。

1.1 解决了什么问题

在坦克大战游戏中会产生大量的子弹，每个子弹都可以被认为是一个对象。和子弹类似的还有坦克对象、墙体对象等等，在一局十几分钟的游戏中，可能会产生许许多多的子弹对象、坦克对象、墙体对象等。如果每个对象都是被独立 new 出来的，那么每个子弹对象、坦克对象、墙体对象都需要加载自己对应的矢量图以及其它一些属性信息，这样会造成很大的空间浪费，甚至对于一些配置较低的机器会造成卡顿，严重影响游戏体验。

实际上有些对象的属性是可以重复利用的，而不需要每次都重新加载。就拿子弹对象来说，同一类型的子弹（相同型号坦克发射的子弹）的矢量图、子弹大小、颜色、杀伤力、移动速度都是一样的，如果对这些相同的属性只创建一个实例对象重复利用，是不是可以节省很多内存呢？

1.2 解决方案

对象中的常量属性通常被称为内在状态，因为这些属性在对象外部是不能改变的，而那些允许在对象外部改变的属性被称为外在状态。

在坦克大战这个案例中，子弹的矢量图、子弹大小、颜色、杀伤力可以被认为是内在状态，而子弹的方向、和初始化的坐标，可以认为是外在状态。如果能够将对象的内在状态抽象出来统一存储进行共享，那么外在状态在需要的时候及时创建就可以满足需求，将这种只存储内在状态的对象称为享元。

在享元模式中，内在状态各个对象之间共享，外部状态由客户端传入。

二、实现方式

2.1 角色

1. Flyweight：享元接口，定义所有对象的共享操作。
2. ConcreteFlyweight：具体的享元角色，实现享元接口，是被共享的部分，其属性为内在状态。
3. UnSharedConcreteFlyweight（非必须）：同样实现享元接口，当不需要共享对象时，但又需要以统一的接口处理此对象，可以添加此角色。
4. FlyweightFactory：享元工厂类，构建一个共享容器池和从池中获取对象的方法，为客户端提供共享对象。

2.2 代码

定义 Flyweight 接口：

public interface Bullet {
    void draw(int x, int y);
}

定义享元角色 ConcreteFlyweight，该对象内部的属性均为内在状态，是共享的部分：

import java.awt.*;

public class GeneralBullet implements Bullet {

    private final String name = "普通炮弹";

    // 为了简化，矢量图用字符串替代
    private final String img = "xxx";

    private final int size = 50;

    private final Color color = Color.BLACK;

    private final int lethality = 100;

    @Override
    public void draw(int x, int y) {
        System.out.println(String.format("普通炮弹位置：%d, %d", x, y));
    }
}

import java.awt.*;

public class SuperBullet implements Bullet {

    private final String name = "超级炮弹";

    // 为了简化，矢量图用字符串替代
    private final String img = "yyy";

    private final int size = 100;

    private final Color color = Color.YELLOW;

    private final int lethality = 200;

    @Override
    public void draw(int x, int y) {
        System.out.println(String.format("超级炮弹位置：%d, %d", x, y));
    }
}

定义 FlyweightFactory，达到共享的效果：

public class BulletFactory {
    private static final Map<String, Bullet> map = new HashMap<>();

    public static Bullet getBullet(String name) {
        Bullet bullet = map.get(name);

        if (bullet == null) {
            if (name.equals("普通炮弹")) {
                bullet = new GeneralBullet();
            } else if (name.equals("超级炮弹")) {
                bullet = new SuperBullet();
            } else {
                throw new IllegalArgumentException();
            }

            map.put(name, bullet);
        }

        return bullet;
    }
}

客户端：

public class FlyweightTest {
    public static void main(String[] args) {

        Set<Integer> generalSet1 = new HashSet<>();
        Set<Integer> generalSet2 = new HashSet<>();

        // 通过传统的 new 方式创建10000个对象
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            GeneralBullet bullet = new GeneralBullet();
            bullet.draw(i, i + 1);
            generalSet1.add(bullet.hashCode());
        }

        // 通过 FlyweightFactory 获取10000个对象
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            Bullet bullet = BulletFactory.getBullet("普通炮弹");
            bullet.draw(i, i + 1);
            generalSet2.add(bullet.hashCode());
        }

        System.out.println(generalSet1.size());
        System.out.println(generalSet2.size());
    }
}

......
10000
1

三、源码中的应用

1. java.lang.Integer#valueOf(int)
2. java.lang.Boolean#valueOf(boolean)
3. java.lang.Byte#valueOf(byte)
4. java.lang.Character#valueOf(char)