享元模式 (Flyweight Pattern)

享元模式是一种 结构型设计模式，通过共享相同对象，减少内存使用，提升系统性能。该模式适用于大量相似对象的场景，能有效避免重复创建相同对象。

原理

1. 核心思想：
   • 将对象的 内在状态（不变部分）与 外在状态（可变部分）分离。
   • 对于重复的内在状态，共享同一个对象实例。
2. 适用场景：
   • 有大量相似对象。
   • 内存占用成为性能瓶颈。
3. 关键点：
   • 共享内在状态：对象的不可变部分，可被多个对象共享。
   • 独立外在状态：对象的可变部分，由客户端管理。

优点

1. 减少内存开销：通过共享对象实例，避免重复创建。
2. 提升性能：适用于资源紧张的场景。

缺点

1. 代码复杂性增加：需要分离内外状态，并管理共享池。
2. 引入管理成本：需要额外的工厂或容器管理共享对象。

示例代码

场景描述

假设一个绘图程序需要绘制大量的圆形，但颜色相同的圆形可以共享对象实例。通过享元模式，我们可以避免为每个圆形重复创建对象。

1. 定义抽象享元类

// 抽象享元类
public interface Shape {
    void draw(int x, int y, int radius); // 接收外在状态作为参数
}

2. 创建具体享元类

// 具体享元类
public class Circle implements Shape {
    private String color; // 内在状态

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

    @Override
    public void draw(int x, int y, int radius) {
        System.out.println("Drawing Circle [Color: " + color + ", X: " + x + ", Y: " + y + ", Radius: " + radius + "]");
    }
}

3. 创建享元工厂

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

// 享元工厂
public 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); // 创建新的享元对象
            circleMap.put(color, circle);
            System.out.println("Creating new Circle of color: " + color);
        }
        return circle;
    }
}

4. 客户端代码

public class FlyweightPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        Shape circle1 = ShapeFactory.getCircle("Red");
        circle1.draw(10, 20, 5);

        Shape circle2 = ShapeFactory.getCircle("Blue");
        circle2.draw(15, 25, 10);

        Shape circle3 = ShapeFactory.getCircle("Red"); // 重复颜色，使用共享对象
        circle3.draw(20, 30, 15);

        Shape circle4 = ShapeFactory.getCircle("Green");
        circle4.draw(25, 35, 20);

        Shape circle5 = ShapeFactory.getCircle("Blue"); // 重复颜色，使用共享对象
        circle5.draw(30, 40, 25);
    }
}

输出结果

Creating new Circle of color: Red
Drawing Circle [Color: Red, X: 10, Y: 20, Radius: 5]
Creating new Circle of color: Blue
Drawing Circle [Color: Blue, X: 15, Y: 25, Radius: 10]
Drawing Circle [Color: Red, X: 20, Y: 30, Radius: 15]
Creating new Circle of color: Green
Drawing Circle [Color: Green, X: 25, Y: 35, Radius: 20]
Drawing Circle [Color: Blue, X: 30, Y: 40, Radius: 25]

UML 类图

        +------------------+
        |    Shape         |
        +------------------+
        | + draw(x, y, r)  |
        +------------------+
                ^
                |
        +------------------+
        |    Circle        |
        +------------------+
        | - color          |
        | + draw(x, y, r)  |
        +------------------+

        +------------------+
        | ShapeFactory      |
        +------------------+
        | - circleMap       |
        | + getCircle(color)|
        +------------------+

使用场景

1. 文字处理软件：如字处理程序中相同字符的共享。
2. 图形系统：共享相同属性的图形对象。
3. 缓存管理：如线程池、数据库连接池。

小结

• 享元模式通过共享对象实例，有效降低内存开销，提升性能。
• 它需要分离对象的内在状态和外在状态，同时通过工厂管理对象的共享。
• 适用于需要频繁创建大量相似对象的场景，但要注意外在状态的管理复杂性。