享元模式（Flyweight Pattern）

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，它通过共享大量细粒度对象来减少内存消耗。享元模式的核心思想是将多个相似的对象共享起来，从而避免对象的大量创建，节省内存资源。

场景说明

假设你正在开发一个绘图应用程序，用户可以在画布上绘制许多形状。每个形状都有相同的颜色和大小属性，但它们的位置不同。使用享元模式可以将相同属性的形状对象共享，从而减少内存消耗。

享元模式结构

Flyweight（享元）：定义了对象的内部状态，这些状态是可以共享的。
ConcreteFlyweight（具体享元）：实现Flyweight接口，并且将可共享的状态存储在内部。
FlyweightFactory（享元工厂）：负责创建和管理享元对象，确保享元对象的共享性。
Client（客户端）：维护对享元对象的引用，并且通过享元工厂来获取享元对象。

代码实现

下面是一个使用享元模式的Java示例，演示如何在绘图应用程序中使用享元模式来优化内存使用。

java 复制代码

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

// 享元接口
interface Shape {
    void draw();
}

// 具体享元类：圆形
class Circle implements Shape {
    private String color;
    private int x;
    private int y;
    private int radius;

    public Circle(String color) {
        this.color = color;
    }

    public void setX(int x) {
        this.x = x;
    }

    public void setY(int y) {
        this.y = y;
    }

    public void setRadius(int radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Circle: Draw() [Color : " + color + ", x : " + x + ", y :" + y + ", radius :" + radius);
    }
}

// 享元工厂类
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);
            circleMap.put(color, circle);
            System.out.println("Creating circle of color : " + color);
        }
        return circle;
    }
}

// 客户端代码
public class FlyweightPatternDemo {
    private static final String[] colors = {"Red", "Green", "Blue", "White", "Black"};

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            Circle circle = (Circle) ShapeFactory.getCircle(getRandomColor());
            circle.setX(getRandomX());
            circle.setY(getRandomY());
            circle.setRadius(100);
            circle.draw();
        }
    }

    private static String getRandomColor() {
        return colors[(int) (Math.random() * colors.length)];
    }

    private static int getRandomX() {
        return (int) (Math.random() * 100);
    }

    private static int getRandomY() {
        return (int) (Math.random() * 100);
    }
}

输出结果

plaintext 复制代码

Creating circle of color : Red
Circle: Draw() [Color : Red, x : 36, y :56, radius :100
Creating circle of color : Green
Circle: Draw() [Color : Green, x : 23, y :34, radius :100
Creating circle of color : Blue
Circle: Draw() [Color : Blue, x : 45, y :66, radius :100
Creating circle of color : White
Circle: Draw() [Color : White, x : 88, y :96, radius :100
Creating circle of color : Black
Circle: Draw() [Color : Black, x : 73, y :29, radius :100
Circle: Draw() [Color : Red, x : 12, y :10, radius :100
Circle: Draw() [Color : Green, x : 87, y :53, radius :100
...

代码解释

Shape接口 ：定义了draw()方法，所有具体享元类都要实现这个接口。
Circle类 ：是具体享元类，实现了Shape接口。Circle类中包含了一个color属性，它是内部状态并且可以共享，其他属性如x、y、radius是外部状态，由客户端设置。
ShapeFactory类 ：是享元工厂类，负责创建和管理享元对象。它通过检查已存在的对象来确保相同颜色的Circle对象只创建一次，并在后续使用时进行共享。
FlyweightPatternDemo：是客户端代码，模拟了创建和绘制多个圆形对象的场景。通过享元工厂获取Circle对象，并设置外部状态进行绘制。

总结

享元模式通过共享对象来减少内存消耗，特别适用于大量细粒度对象的场景。然而，在使用享元模式时，需要注意区分对象的内部状态（共享部分）和外部状态（不共享部分），以确保对象的正确性和一致性。