设计模式-享元模式

写在前面

Hello，我是易元，这篇文章是我学习设计模式时的笔记和心得体会。如果其中有错误，欢迎大家留言指正！

核心思想

享元模式的核心在于分离对象的内在状态（共享）和外在状态（独有）。通过共享不变部分，减少系统中重复对象的数量，从而提高系统性能。其关键点如下：

分离不变与易变
将对象中不变的信息（如商品的基础信息）与易变的信息（如商品的颜色、数量）分离，不变部分作为共享资源，易变部分作为外部状态传入。
对象复用
通过工厂机制确保相同元数据的对象唯一，避免重复创建相似对象。
集中管理
将共享对象的逻辑集中管理，简化客户端代码，提高系统可维护性。

角色定义

Flyweight（抽象享元接口）

定义享元对象的公共接口，声明外部状态的操作方法。

ConcreteFlyweight（具体享元实现）

实现抽象享元接口，封装共享的内部状态。

FlyweightFactory（享元工厂）

负责创建和管理享元对象，确保相同内在状态的享元对象唯一。

应用场景分析

系统中存在大量相似对象
当系统中需要频繁创建大量相似对象时，享元模式可以有效减少内存占用。
对象可分离出不变部分和可变部分
对象的状态可以明确划分为内部状态和外部状态。
需要共享状态的管理能力
外部状态的变化不会影响内部状态的共享。
对象创建成本较高
创建对象需要消耗较多资源时，享元模式可以通过共享对象降低开销。

实践案例：购物车系统重构

原始代码问题分析

购物车类

arduino 复制代码

@Data
public class CartItem {

    /**
     * 商品id
     */
    private String productId;

    /**
     * 商品名称
     */
    private String name;

    /**
     * 商品描述
     */
    private String description;

    /**
     * 商品图
     */
    private String imageUrl;

    /**
     * 颜色
     */
    private String color;

    /**
     * 数量
     */
    private int quantity;

    /**
     * 价格
     */
    private double price;

    /**
     * 库存
     */
    private int stock;

    /**
     * 是否促销折扣
     */
    private boolean isOnSale;

    /**
     * 计算商品小计
     *
     * @return 商品价格
     */
    public double calculateSubtotal() {
        return price * quantity;
    }

    /**
     * 购买限制校验
     */
    public void validateSpec() {
        if (color.equals("荧光色") && quantity > 2) {
            System.out.println("特殊颜色限购2件");
        }
    }

    /**
     * 库存校验
     *
     * @return boolean
     */
    public boolean checkStock() {
        return stock >= quantity;
    }

    /**
     * 获取商品实际价格
     *
     * @return 价格
     */
    public double getDiscountedPrice() {
        return isOnSale ? price * 0.8 : price;
    }

}

原始购物车类CartItem存在以下问题：

商品基础信息重复存储
每个购物车项都存储完整的商品信息，导致内存浪费。
价格计算逻辑分散
价格计算逻辑分布在不同的方法中，维护困难。
规格校验缺乏统一管理
校验逻辑散落在各个方法中，不符合单一职责原则。

重构思路

分离商品元数据（享元对象）
创建ProductMetadata类，封装不变的商品基础信息。
购物车项仅保留可变状态
CartItem类仅保留颜色、数量和促销标志等可变状态。
创建享元工厂管理商品数据
ProductFactory类负责创建和管理ProductMetadata对象，确保相同商品的唯一性。

重构后的代码

商品元数据-享元对象

arduino 复制代码

@Setter
@Getter
public class ProductMetadata {
    private final String productId;
    private final String name;
    private final String description;
    private final String imageUrl;
    private final double basePrice;
    private final int totalStock;

    public ProductMetadata(String productId, String name, String description, String imageUrl, double basePrice, int totalStock) {
        this.productId = productId;
        this.name = name;
        this.description = description;
        this.imageUrl = imageUrl;
        this.basePrice = basePrice;
        this.totalStock = totalStock;
    }

    public void validatePurchase(String color, int quantity) {
        if ("荧光色".equals(color) && quantity > 2) {
            System.out.println("特殊颜色限购2件");
        }
    }

    public double calculatePrice(int quantity, boolean isOnSale) {
        double finalPrice = isOnSale ? basePrice * 0.8 : basePrice;
        return finalPrice * quantity;
    }
}

享元对象-外部状态维护

arduino 复制代码

@Getter
@Setter
public class CartItem {
    private ProductMetadata product;
    private String color;
    private int quantity;
    private boolean isOnSale;

    public CartItem(ProductMetadata product, String color, int quantity, boolean isOnSale) {
        this.product = product;
        this.color = color;
        this.quantity = quantity;
        this.isOnSale = isOnSale;
    }

    public double calculateSubtotal() {
        return product.calculatePrice(quantity, isOnSale);
    }

    public void validate() {
        product.validatePurchase(color, quantity);
    }
}

享元工厂类

arduino 复制代码

public class ProductFactory {
    private static final Map<String, ProductMetadata> products = new HashMap<>();

    public static ProductMetadata getProduct(String productId, String name, String description, String imageUrl, double price, int stock) {
        return products.computeIfAbsent(productId, p -> new ProductMetadata(productId, name, description, imageUrl, price, stock));
    }
}

重构后各模块职责分离明确：

享元对象（ProductMetadata） ：仅关注商品本身的属性和业务逻辑。
轻量化客户端（CartItem） ：仅关注购物车项的可变状态（颜色、数量）。
工厂（ProductFactory） ：专注对象的创建和缓存管理。

长话短说

适用场景特征

系统中存在大量相似对象
对象的大部分状态可以外部化
需要缓冲池优化性能
对象标识不重要（共享不影响业务逻辑）

使用场景判断

特征	是否适用享元模式
存在大量相似对象	是
对象可分离内外状态	是
需要共享状态管理	是
对象创建成本高	可选

实施步骤

分离状态：识别可共享的内部状态和必须保留的外部状态
创建享元接口：定义操作外部状态的方法
实现具体享元：封装内部状态的处理逻辑
构建工厂：控制实例创建，保证共享
改造客户端：将原本独立的对象拆分为享元+外部状态

最佳实践

• 结合对象池技术提升性能

• 使用弱引用管理享元池（防内存泄漏）

• 考虑线程安全性（特别是享元工厂）

• 监控享元命中率优化共享策略