小谈设计模式（27）---享元模式
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主要对目前市面上常见的23种设计模式进行逐一分析和总结，希望有兴趣的小伙伴们可以看一下，会持续更新的。希望各位可以监督我，我们一起学习进步，加油，各位。
享元模式
享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，它通过共享对象来减少内存使用和提高性能。在享元模式中，共享的对象被称为享元（Flyweight），而非共享的对象被称为外部状态（Extrinsic State）。
模式结构分析
享元工厂（FlyweightFactory）
负责创建和管理享元对象。它维护一个享元池（Flyweight Pool），用于存储已经创建的享元对象。
享元接口（Flyweight）
声明共享对象的方法，可以接收外部状态作为参数。
具体享元（ConcreteFlyweight）
实现享元接口，实现共享对象的方法。具体享元对象可以被共享和重用。
非共享具体享元（UnsharedConcreteFlyweight）
不可共享的具体享元对象，通常不会被其他对象使用。
客户端（Client）
使用享元模式的对象。它通过享元工厂获取享元对象，并将外部状态传递给享元对象。
工作原理
1
在客户端需要使用享元对象时，首先通过享元工厂获取对象。如果对象已经存在于享元池中，则直接返回该对象；否则，创建一个新的享元对象并加入到享元池中。
2
客户端将外部状态作为参数传递给享元对象，享元对象根据外部状态进行处理，完成相应的操作。
3
客户端可以同时使用多个享元对象，每个对象都可以接收不同的外部状态。
适用场景
1
系统中存在大量相似对象，且这些对象可以共享部分内部状态。
2
对象的创建和销毁频繁，且创建和销毁对象的代价较大。
3
对象的内部状态可以被外部状态替代，且外部状态可以在对象被创建之后进行修改。
优缺点分析
优点
减少内存使用
通过共享对象，减少系统中的对象数量，从而减少内存的使用。
提高性能
通过共享对象，减少对象的创建和销毁次数，提高系统的性能。
简化对象结构
将对象的内部状态和外部状态分离，简化对象的结构。
缺点：
对象共享可能导致线程安全问题
如果多个线程同时访问共享对象，并修改其外部状态，可能会导致线程安全问题。
需要额外的管理机制
为了确保对象的共享和重用，需要额外的管理机制来维护享元池，增加了系统的复杂性。
Java程序示例
java
// 享元接口
public interface Flyweight {
void operation(String externalState);
}
// 具体享元
public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
private String internalState;
public ConcreteFlyweight(String internalState) {
this.internalState = internalState;
}
@Override
public void operation(String externalState) {
System.out.println("Internal state: " + internalState);
System.out.println("External state: " + externalState);
}
}
// 享元工厂
public class FlyweightFactory {
private Map<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<>();
public Flyweight getFlyweight(String key) {
if (flyweights.containsKey(key)) {
return flyweights.get(key);
} else {
Flyweight flyweight = new ConcreteFlyweight(key);
flyweights.put(key, flyweight);
return flyweight;
}
}
}
// 客户端
public class Client {
public static void main(String[] args) {
FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
Flyweight flyweight1 = factory.getFlyweight("key1");
flyweight1.operation("state1");
Flyweight flyweight2 = factory.getFlyweight("key2");
flyweight2.operation("state2");
Flyweight flyweight3 = factory.getFlyweight("key1");
flyweight3.operation("state3");
}
}程序分析
在上述示例中，享元模式通过共享具有相同内部状态的对象来减少内存使用。FlyweightFactory负责创建和管理享元对象，ConcreteFlyweight实现了享元接口，并可以被共享和重用。客户端通过享元工厂获取享元对象，并将外部状态作为参数传递给享元对象。