设计模式 享元模式（Flyweight Pattern）

享元模式 简绍

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，它的目的是通过共享技术来有效地支持大量细粒度的对象。享元模式可以极大地减少内存的使用，从而提高程序的性能。它特别适用于需要创建大量相似对象的场景，通过共享不变的部分来减少对象的数量和内存消耗。

享元模式优缺点

享元模式的优点

• 节省内存：通过共享享元对象，减少了内存占用。
• 提高性能：减少了对象的创建数量，提高了程序的性能。

享元模式的缺点

• 复杂性：实现享元模式可能增加了系统的复杂性，尤其是在维护和理解代码方面。
• 线程安全性：如果多个线程同时访问享元对象，需要确保线程安全。

享元模式概念

• 内部状态（Intrinsic State）：不会随环境改变的状态，是对象固有的属性，可以被所有实例共享。
• 外部状态（Extrinsic State）：随环境改变的状态，依赖于对象的使用环境，不可以被共享。

享元模式的应用场景

• 当系统中有大量相似的对象。
• 这些对象消耗大量内存。
• 这些对象的大多数状态可以外部化。
• 这些对象可以通过外部传递其状态来进一步减少系统内存

UML图

代码实现

定义 flyweight 的接口

public interface FlyweightInterface {
    void test(String extrinsicState);
}

具体享元模式实现FlyweightInterface接口， 查看内外部状态

public class Flyweight implements FlyweightInterface{

    private String intrinsicState;

    public Flyweight(String intrinsicState){
        this.intrinsicState = intrinsicState;
    }

    @Override
    public void test(String extrinsicState) {
        System.out.println("intrinsicState: " + intrinsicState + "extrinsicState: " + extrinsicState);
    }
}

通过 Map 存储之前对象，获取之前的对象无需重新创建

public class FlyweightFactory {
    private Map<String, FlyweightInterface> flyweights = new HashMap<>();

    public FlyweightInterface getFlyweight(String intrinsicState) {
        synchronized (this.flyweights) {
            FlyweightInterface flyweight = this.flyweights.get(intrinsicState);
            if (flyweight == null) {
                flyweight = new Flyweight(intrinsicState);
                this.flyweights.put(intrinsicState, flyweight);
                System.out.println("Flyweight " + intrinsicState + " created.");
            }
            return flyweight;
        }
    }
}

实现接口

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
        FlyweightInterface test = factory.getFlyweight("test1");
        test.test("ex1");
        System.out.println(test);
        FlyweightInterface test2 = factory.getFlyweight("test2");
        test2.test("ex2");
        System.out.println(test2);

    }
}

使用场景

1. 大量重复对象的创建
   当需要创建大量的相似对象，并且这些对象大部分状态是相同的或可以共享时，享元模式可以显著减少内存消耗。
2. 大规模图形或图像应用
   在图形或图像处理软件中，图形对象可以使用享元模式来优化内存使用。图形的形状和样式可以作为享元对象的一部分，而图形的位置、颜色等特性可以作为外部状态传递给享元对象。
3. 游戏开发
   在游戏开发中，特别是需要处理大量相同类型对象的场景（如子弹、敌人等），可以使用享元模式来减少内存消耗。