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享元模式 (Flyweight Pattern)

享元模式是一种 结构型设计模式，通过共享相同对象，减少内存使用，提升系统性能。该模式适用于大量相似对象的场景，能有效避免重复创建相同对象。

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原理

1. 核心思想：
   • 将对象的 内在状态（不变部分）与 外在状态（可变部分）分离。
   • 对于重复的内在状态，共享同一个对象实例。
2. 适用场景：
   • 有大量相似对象。
   • 内存占用成为性能瓶颈。
3. 关键点：
   • 共享内在状态：对象的不可变部分，可被多个对象共享。
   • 独立外在状态：对象的可变部分，由客户端管理。

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优点

1. 减少内存开销：通过共享对象实例，避免重复创建。
2. 提升性能：适用于资源紧张的场景。

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缺点

1. 代码复杂性增加：需要分离内外状态，并管理共享池。
2. 引入管理成本：需要额外的工厂或容器管理共享对象。

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示例代码

场景描述

假设一个绘图程序需要绘制大量的圆形，但颜色相同的圆形可以共享对象实例。通过享元模式，我们可以避免为每个圆形重复创建对象。

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1. 定义抽象享元类

// 抽象享元类
public interface Shape {void draw(int x, int y, int radius); // 接收外在状态作为参数
}

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2. 创建具体享元类

// 具体享元类
public class Circle implements Shape {private String color; // 内在状态public Circle(String color) {this.color = color;}@Overridepublic void draw(int x, int y, int radius) {System.out.println("Drawing Circle [Color: " + color + ", X: " + x + ", Y: " + y + ", Radius: " + radius + "]");}
}

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3. 创建享元工厂

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;// 享元工厂
public class ShapeFactory {private static final Map<String, Shape> circleMap = new HashMap<>();public static Shape getCircle(String color) {Circle circle = (Circle) circleMap.get(color);if (circle == null) {circle = new Circle(color); // 创建新的享元对象circleMap.put(color, circle);System.out.println("Creating new Circle of color: " + color);}return circle;}
}

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4. 客户端代码

public class FlyweightPatternExample {public static void main(String[] args) {Shape circle1 = ShapeFactory.getCircle("Red");circle1.draw(10, 20, 5);Shape circle2 = ShapeFactory.getCircle("Blue");circle2.draw(15, 25, 10);Shape circle3 = ShapeFactory.getCircle("Red"); // 重复颜色，使用共享对象circle3.draw(20, 30, 15);Shape circle4 = ShapeFactory.getCircle("Green");circle4.draw(25, 35, 20);Shape circle5 = ShapeFactory.getCircle("Blue"); // 重复颜色，使用共享对象circle5.draw(30, 40, 25);}
}

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输出结果

Creating new Circle of color: Red
Drawing Circle [Color: Red, X: 10, Y: 20, Radius: 5]
Creating new Circle of color: Blue
Drawing Circle [Color: Blue, X: 15, Y: 25, Radius: 10]
Drawing Circle [Color: Red, X: 20, Y: 30, Radius: 15]
Creating new Circle of color: Green
Drawing Circle [Color: Green, X: 25, Y: 35, Radius: 20]
Drawing Circle [Color: Blue, X: 30, Y: 40, Radius: 25]

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UML 类图

        +------------------+|    Shape         |+------------------+| + draw(x, y, r)  |+------------------+^|+------------------+|    Circle        |+------------------+| - color          || + draw(x, y, r)  |+------------------++------------------+| ShapeFactory      |+------------------+| - circleMap       || + getCircle(color)|+------------------+

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使用场景

1. 文字处理软件：如字处理程序中相同字符的共享。
2. 图形系统：共享相同属性的图形对象。
3. 缓存管理：如线程池、数据库连接池。

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小结

• 享元模式通过共享对象实例，有效降低内存开销，提升性能。
• 它需要分离对象的内在状态和外在状态，同时通过工厂管理对象的共享。
• 适用于需要频繁创建大量相似对象的场景，但要注意外在状态的管理复杂性。