享元模式（Flyweight Pattern）
享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，它通过共享技术来有效地支持大量细粒度对象的重用。享元模式避免了在相似对象间的高开销，通过共享尽可能多的状态来尽量减少内存使用。享元模式的核心思想是将对象的状态分为内在状态（共享部分）和外在状态（不共享部分），内在状态可以被多个对象共享，而外在状态则需要在对象之间独立维护。
享元模式的应用场景
- 系统中有大量相似对象，由于重复而造成了大量的内存开销。
- 对象的状态可以分为内在状态和外在状态，其中内在状态可以共享。
- 需要支持大量细粒度对象的共享，以减少内存开销，如文本编辑器中的字符对象、图形应用中的图形对象等。
享元模式的实现方式
1. 传统实现方式
思想：创建一个享元工厂，用于创建和管理享元对象。享元工厂确保共享享元对象的唯一实例，避免重复创建相同的对象。
实现方式：
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;// 享元接口
interface Flyweight {void operation(String extrinsicState);
}// 具体享元类
class ConcreteFlyweight implements Flyweight {private String intrinsicState;public ConcreteFlyweight(String intrinsicState) {this.intrinsicState = intrinsicState;}public void operation(String extrinsicState) {System.out.println("Intrinsic State = " + intrinsicState + ", Extrinsic State = " + extrinsicState);}
}// 享元工厂
class FlyweightFactory {private Map<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<>();public Flyweight getFlyweight(String key) {if (!flyweights.containsKey(key)) {flyweights.put(key, new ConcreteFlyweight(key));}return flyweights.get(key);}
}// 客户端代码
public class FlyweightPattern {public static void main(String[] args) {FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();Flyweight flyweight1 = factory.getFlyweight("A");Flyweight flyweight2 = factory.getFlyweight("B");Flyweight flyweight3 = factory.getFlyweight("A");flyweight1.operation("First Call");flyweight2.operation("Second Call");flyweight3.operation("Third Call");}
}
优点：
- 减少对象的创建，降低内存消耗。
- 提高系统性能，通过共享技术避免对象的重复创建。
- 提高了系统的可扩展性，可以很方便地新增具体享元类。
缺点：
- 增加系统的复杂性，需要维护一个享元对象的池。
- 享元模式使得系统不容易理解和维护，因为它引入了众多的细粒度对象。
- 可能不适用于内在状态无法分离的情况。
2. 使用多线程和缓存优化的享元模式
思想：通过使用多线程和缓存技术来优化享元模式，确保享元工厂在高并发环境下的性能和正确性。
实现方式：
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.ConcurrentMap;// 享元接口
interface Flyweight {void operation(String extrinsicState);
}// 具体享元类
class ConcreteFlyweight implements Flyweight {private String intrinsicState;public ConcreteFlyweight(String intrinsicState) {this.intrinsicState = intrinsicState;}public void operation(String extrinsicState) {System.out.println("Intrinsic State = " + intrinsicState + ", Extrinsic State = " + extrinsicState);}
}// 享元工厂
class FlyweightFactory {private ConcurrentMap<String, Flyweight> flyweights = new ConcurrentHashMap<>();public Flyweight getFlyweight(String key) {flyweights.computeIfAbsent(key, k -> new ConcreteFlyweight(k));return flyweights.get(key);}
}// 客户端代码
public class OptimizedFlyweightPattern {public static void main(String[] args) {FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();Flyweight flyweight1 = factory.getFlyweight("A");Flyweight flyweight2 = factory.getFlyweight("B");Flyweight flyweight3 = factory.getFlyweight("A");flyweight1.operation("First Call");flyweight2.operation("Second Call");flyweight3.operation("Third Call");}
}
优点：
- 线程安全：使用并发容器和原子操作，确保在高并发环境下的正确性。
- 缓存优化：使用缓存技术减少对象的重复创建，提高性能。
缺点：
- 增加了代码复杂度：多线程和缓存技术的引入使得代码更加复杂。
- 可能增加内存消耗：缓存技术可能会增加一定的内存开销。
总结
| 实现方式 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 传统实现方式 | 减少对象创建，降低内存消耗，提高系统性能，系统可扩展性高 | 增加系统复杂性，需要维护享元对象池，不易理解和维护 |
| 使用多线程和缓存优化的享元模式 | 线程安全，性能高，减少对象的重复创建 | 代码复杂度增加，多线程和缓存技术的引入增加了系统复杂性 |
选择哪种实现方式应根据具体的需求和系统的复杂度来决定。如果系统中有大量的相似对象并且需要在高并发环境下使用，可以选择使用多线程和缓存优化的享元模式。如果系统的并发需求不高，可以选择传统实现方式。