Java设计模式之结构型模式（享元模式）介绍与说明

一、核心思想

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，通过共享对象来减少内存占用和提高性能。其核心思想是将对象的状态分为内部状态（共享且不可变）和外部状态（可变且由客户端管理），从而实现对象的高效复用。例如，在文本编辑器中，相同字体、颜色的字符可以通过共享内部状态（如字体类型）来减少内存消耗。

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二、模式结构

享元模式包含以下关键角色：

1. 抽象享元（Flyweight）
   定义接口，声明操作方法，并通过参数接收外部状态。例如：

   public interface Flyweight {
       void operation(String extrinsicState);
   }
   

2. 具体享元（Concrete Flyweight）
   实现抽象享元接口，存储内部状态。例如，字符享元类：

   public class CharacterImpl implements Flyweight {
       private final char symbol; // 内部状态（共享）
       @Override
       public void operation(String extrinsicState) {
           System.out.println("字符: " + symbol + " | 状态: " + extrinsicState);
       }
   }
   

3. 享元工厂（Flyweight Factory）
   管理享元对象池，根据键值返回已存在的享元对象或创建新对象。例如：

   public class FlyweightFactory {
       private Map flyweights = new HashMap<>();
       public Flyweight getFlyweight(String key) {
           if (!flyweights.containsKey(key)) {
               flyweights.put(key, new CharacterImpl(key.charAt(0)));
           }
           return flyweights.get(key);
       }
   }
   

4. 客户端（Client）
   使用享元工厂获取对象，并传递外部状态。例如：

   FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
   Flyweight charA = factory.getFlyweight("A");
   charA.operation("字号: 12"); // 输出：字符: A | 状态: 字号: 12
   

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三、适用场景

1. 存在大量相似对象：如文本编辑器中的字符、游戏中的粒子效果、棋盘中的棋子等。
2. 对象状态可外部化：大部分状态可通过外部参数传递，而非存储在对象内部。
3. 内存优化需求高：系统因对象数量过多导致内存压力时，需通过共享减少对象数量。

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四、实现步骤

1. 分离状态
   • 内部状态：对象的共享属性（如字体、颜色），需设计为不可变。
   • 外部状态：对象的可变属性（如位置、大小），由客户端传递。
2. 创建享元类
   • 具体享元类仅存储内部状态，外部状态通过方法参数接收。
3. 管理享元池
   • 使用工厂类（如HashMap）缓存已创建的享元对象，避免重复创建。

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五、优缺点分析

优点	缺点
- 减少内存占用，提升性能	- 增加系统复杂性（需分离状态）
- 支持对象复用，降低创建成本	- 可能引入线程安全问题（需同步外部状态）
- 适用于高并发场景（如游戏、图形渲染）	- 需谨慎设计外部状态的传递逻辑

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六、实际应用案例

1. 文本编辑器字符渲染
   • 内部状态：字体、颜色。
   • 外部状态：字符位置、字号。
   • 实现：通过享元工厂共享相同字体的字符对象，仅传递位置和字号。
2. 棋盘游戏棋子管理
   • 内部状态：棋子颜色（黑/白）。
   • 外部状态：棋子坐标。
   • 实现：共享相同颜色的棋子对象，动态设置坐标。
3. 数据库连接池
   • 内部状态：数据库连接参数（URL、用户名）。
   • 外部状态：连接的使用状态（空闲/占用）。
   • 实现：复用连接对象，仅更新状态而非重建连接。

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七、总结

享元模式通过分离共享与非共享状态，在内存敏感的场景中显著优化性能。其核心在于合理设计对象状态，结合工厂模式管理对象池。然而，需注意线程安全和状态分离的复杂性，避免过度使用导致代码冗余。