享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，它通过共享细粒度对象来减少内存使用，从而提高性能。在享元模式中，多个对象可以共享相同的状态以减少内存消耗，特别适合用于大量相似对象的场景。
享元模式的核心思想
享元模式的核心思想是将对象的状态分为内部状态和外部状态：
● 内部状态：对象中可以共享的部分，不会随环境的改变而改变。
● 外部状态：对象中随环境改变而变化的部分，不能被共享。
通过将对象的内部状态和外部状态分离，可以使多个对象共享相同的内部状态，从而减少内存的开销。
享元模式的组成部分
Flyweight（享元接口）：定义对象的接口，通过这个接口可以接受外部状态。
ConcreteFlyweight（具体享元类）：实现享元接口，并且存储内部状态。
UnsharedConcreteFlyweight（非共享享元类）：不被共享的享元对象，一般不会出现在享元工厂中。
FlyweightFactory（享元工厂类）：用来创建和管理享元对象，确保合理地共享享元。
享元模式的实现
在 Java 中实现享元模式，可以通过将对象的内部状态和外部状态分离，并使用享元工厂来管理共享的享元对象。下面是一个详细的示例，展示如何在 Java 中实现享元模式。
享元模式示例
我们将创建一个模拟围棋棋子的应用，其中棋子的颜色是内部状态，而棋子的坐标是外部状态。
1. 定义享元接口
// 享元接口
public interface ChessPiece {
void place(int x, int y);
}
2. 实现具体享元类
// 具体享元类
public class ConcreteChessPiece implements ChessPiece {
private final String color; // 内部状态
public ConcreteChessPiece(String color) {
this.color = color;
}
@Override
public void place(int x, int y) {
System.out.println("Placing a " + color + " piece at (" + x + ", " + y + ")");
}
}
3. 创建享元工厂类
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
// 享元工厂类
public class ChessPieceFactory {
private static final Map<String, ChessPiece> pieces = new HashMap<>();
public static ChessPiece getChessPiece(String color) {
ChessPiece piece = pieces.get(color);
if (piece == null) {
piece = new ConcreteChessPiece(color);
pieces.put(color, piece);
}
return piece;
}
}
4. 客户端代码
public class FlyweightPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
ChessPiece blackPiece1 = ChessPieceFactory.getChessPiece("Black");
blackPiece1.place(1, 1);
ChessPiece blackPiece2 = ChessPieceFactory.getChessPiece("Black");
blackPiece2.place(2, 2);
ChessPiece whitePiece1 = ChessPieceFactory.getChessPiece("White");
whitePiece1.place(3, 3);
ChessPiece whitePiece2 = ChessPieceFactory.getChessPiece("White");
whitePiece2.place(4, 4);
System.out.println("blackPiece1 and blackPiece2 are the same instance: " + (blackPiece1 == blackPiece2));
System.out.println("whitePiece1 and whitePiece2 are the same instance: " + (whitePiece1 == whitePiece2));
}
}
运行结果
Placing a Black piece at (1, 1)
Placing a Black piece at (2, 2)
Placing a White piece at (3, 3)
Placing a White piece at (4, 4)
blackPiece1 and blackPiece2 are the same instance: true
whitePiece1 and whitePiece2 are the same instance: true
享元模式总结
在这个示例中，我们通过享元模式有效地减少了棋子对象的创建次数。享元工厂负责创建和管理享元对象，并确保每种颜色的棋子只有一个实例，从而节省内存。棋子的颜色作为内部状态被共享，而棋子的坐标作为外部状态由客户端提供。
享元模式的优缺点
优点：
减少对象的创建，降低内存消耗，提高系统性能。
提高了系统的可扩展性。
缺点：
使系统更加复杂，需要额外的代码来管理内部状态和外部状态的分离。
不适合内外状态较为复杂且不同的对象。
适用场景
享元模式适用于以下场景：
系统中存在大量相似对象，导致内存开销大。
对象的大部分状态可以外部化。
需要缓冲池的场景。
对象的状态可以分为内部状态和外部状态，并且内部状态可以共享。
通过使用享元模式，可以显著减少对象的数量，提高系统性能，特别是在需要大量细粒度对象的应用场景中。