文章目录
- [享元模式（Flyweight Pattern）](#享元模式（Flyweight Pattern）)
- 核心原理
- [Java 实践示例](#Java 实践示例)
- 享元模式的关键概念
- 享元模式的特点
- 享元模式的应用场景
享元模式（Flyweight Pattern）
享元模式是 23 种设计模式中的一种结构型模式，其核心思想是通过共享技术复用大量细粒度的相似对象，减少对象创建的数量，从而降低内存占用和提高系统性能。这种模式将对象的状态分为可共享的 "内在状态" 和不可共享的 "外在状态"，通过共享内在状态来实现对象复用。
核心原理
- 抽象享元（Flyweight）：
定义享元对象的接口，声明对外在状态的操作方法
内在状态作为对象的成员变量存储，外在状态通过方法参数传入 - 具体享元（ConcreteFlyweight）：
实现抽象享元接口，存储可共享的内在状态
对外在状态进行处理，但不存储外在状态 - 享元工厂（FlyweightFactory）：
负责创建和管理享元对象，确保合理共享
维护一个享元池（如哈希表），当请求享元时，优先从池中获取 - 客户端（Client）：
负责维护享元对象的外在状态
通过享元工厂获取享元对象，并为其设置外在状态
享元模式的核心是 "分离内在状态与外在状态，共享内在状态"，通过减少对象数量来优化系统资源消耗。
Java 实践示例
以 "文字处理系统" 为例实现享元模式：
文档中存在大量重复字符（如字母、数字），字符的字形（字体、大小）是可共享的内在状态
字符在文档中的位置（x,y 坐标）是不可共享的外在状态
通过享元模式共享相同字符对象，只存储一次字形信息，减少内存占用
java
package com.example.demo;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class FlyweightPattern {
public static void main(String[] args) {
// 创建享元工厂
CharacterFactory factory = new CharacterFactory();
// 获取并使用享元对象
CharacterFlyweight c1 = factory.getCharacter('A');
c1.display(10, 20); // 位置(10,20)
CharacterFlyweight c2 = factory.getCharacter('B');
c2.display(30, 40); // 位置(30,40)
CharacterFlyweight c3 = factory.getCharacter('A');
c3.display(50, 60); // 位置(50,60)
// 验证是否共享了相同对象
System.out.println("\n字符'A'的两个实例是否为同一对象：" + (c1 == c3));
System.out.println("工厂中缓存的享元数量：" + factory.getFlyweightCount());
//创建新的字符享元：A
//显示字符 'A' (字体：Arial, 字号：12) 在位置 (10,20)
//创建新的字符享元：B
//显示字符 'B' (字体：Arial, 字号：12) 在位置 (30,40)
//复用已有的字符享元：A
//显示字符 'A' (字体：Arial, 字号：12) 在位置 (50,60)
//
//字符'A'的两个实例是否为同一对象：true
//工厂中缓存的享元数量：2
}
// 抽象享元：字符接口
public interface CharacterFlyweight {
// 显示字符，x和y是外在状态（位置）
void display(int x, int y);
}
// 具体享元：字符实现类
public static class ConcreteCharacter implements CharacterFlyweight {
// 内在状态：字符值（可共享）
private char c;
// 内在状态：字体（可共享）
private String font;
// 内在状态：字号（可共享）
private int size;
// 构造函数初始化内在状态
public ConcreteCharacter(char c) {
this.c = c;
// 模拟默认字体和字号（实际中可通过参数传入）
this.font = "Arial";
this.size = 12;
}
@Override
public void display(int x, int y) {
// 外在状态（x,y）由客户端传入，不存储在享元中
System.out.printf("显示字符 '%c' (字体：%s, 字号：%d) 在位置 (%d,%d)\n",
c, font, size, x, y);
}
}
public static class CharacterFactory {
// 享元池：缓存已创建的享元对象
private Map<Character, CharacterFlyweight> flyweightPool = new HashMap<>();
// 获取享元对象：存在则从池获取，不存在则创建并缓存
public CharacterFlyweight getCharacter(char c) {
// 检查池中是否存在
if (!flyweightPool.containsKey(c)) {
// 不存在则创建新的享元对象
flyweightPool.put(c, new ConcreteCharacter(c));
System.out.println("创建新的字符享元：" + c);
} else {
System.out.println("复用已有的字符享元：" + c);
}
return flyweightPool.get(c);
}
// 获取缓存的享元数量
public int getFlyweightCount() {
return flyweightPool.size();
}
}
}享元模式的关键概念
内在状态（Intrinsic State）：
存储在享元对象内部，可被多个对象共享的状态
不随环境变化，例如示例中的字符值、字体、字号
在享元对象创建时初始化，之后不再改变
外在状态（Extrinsic State）：
随环境变化，不能被共享的状态
由客户端维护，在使用享元时通过方法参数传入
例如示例中的字符位置（x,y 坐标）
享元模式的特点
优点：
减少对象数量：通过共享相似对象，显著降低内存占用
提高性能：减少对象创建和垃圾回收的开销
分离内在与外在状态：使享元对象更专注于核心功能
缺点：
增加系统复杂度：需要分离状态并管理享元池
外在状态处理成本：可能需要客户端维护复杂的外在状态
适用条件：
系统中存在大量相似对象，且创建成本高
对象的大部分状态可以外部化
存在访问这些对象的集中点（便于使用工厂管理）
享元模式的应用场景
字符串常量池：
Java 中的String常量池是享元模式的经典实现
相同字符串字面量会被共享，如"abc" == "abc"返回true
数据库连接池：
连接池缓存数据库连接对象，避免频繁创建和关闭连接
连接的用户名、密码等是内在状态，每次查询参数是外在状态
游戏开发：
大量相似游戏元素（如树木、士兵、粒子）共享模型数据
位置、朝向等是外在状态，模型、纹理等是内在状态
GUI 组件：
相同样式的按钮、标签等组件共享渲染信息
位置、大小等是外在状态，颜色、字体等是内在状态
缓存框架：
如 Redis、EhCache 等缓存框架，通过共享缓存对象提高访问速度
享元模式是优化系统资源的重要手段，尤其适合处理大量细粒度相似对象的场景。其核心在于合理划分内在状态与外在状态，通过享元工厂实现对象的高效复用，从而在内存占用和性能之间取得平衡。