小谈设计模式（27）—享元模式

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专栏介绍

主要对目前市面上常见的23种设计模式进行逐一分析和总结，希望有兴趣的小伙伴们可以看一下，会持续更新的。希望各位可以监督我，我们一起学习进步，加油，各位。

享元模式

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，它通过共享对象来减少内存使用和提高性能。在享元模式中，共享的对象被称为享元（Flyweight），而非共享的对象被称为外部状态（Extrinsic State）。

模式结构分析

享元工厂（FlyweightFactory）

负责创建和管理享元对象。它维护一个享元池（Flyweight Pool），用于存储已经创建的享元对象。

享元接口（Flyweight）

声明共享对象的方法，可以接收外部状态作为参数。

具体享元（ConcreteFlyweight）

实现享元接口，实现共享对象的方法。具体享元对象可以被共享和重用。

非共享具体享元（UnsharedConcreteFlyweight）

不可共享的具体享元对象，通常不会被其他对象使用。

客户端（Client）

使用享元模式的对象。它通过享元工厂获取享元对象，并将外部状态传递给享元对象。

工作原理

1

在客户端需要使用享元对象时，首先通过享元工厂获取对象。如果对象已经存在于享元池中，则直接返回该对象；否则，创建一个新的享元对象并加入到享元池中。

2

客户端将外部状态作为参数传递给享元对象，享元对象根据外部状态进行处理，完成相应的操作。

3

客户端可以同时使用多个享元对象，每个对象都可以接收不同的外部状态。

适用场景

1

系统中存在大量相似对象，且这些对象可以共享部分内部状态。

2

对象的创建和销毁频繁，且创建和销毁对象的代价较大。

3

对象的内部状态可以被外部状态替代，且外部状态可以在对象被创建之后进行修改。

优缺点分析

优点

减少内存使用

通过共享对象，减少系统中的对象数量，从而减少内存的使用。

提高性能

通过共享对象，减少对象的创建和销毁次数，提高系统的性能。

简化对象结构

将对象的内部状态和外部状态分离，简化对象的结构。

缺点：

对象共享可能导致线程安全问题

如果多个线程同时访问共享对象，并修改其外部状态，可能会导致线程安全问题。

需要额外的管理机制

为了确保对象的共享和重用，需要额外的管理机制来维护享元池，增加了系统的复杂性。

Java程序示例

// 享元接口
public interface Flyweight {
    void operation(String externalState);
}

// 具体享元
public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
    private String internalState;

    public ConcreteFlyweight(String internalState) {
        this.internalState = internalState;
    }

    @Override
    public void operation(String externalState) {
        System.out.println("Internal state: " + internalState);
        System.out.println("External state: " + externalState);
    }
}

// 享元工厂
public class FlyweightFactory {
    private Map<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<>();

    public Flyweight getFlyweight(String key) {
        if (flyweights.containsKey(key)) {
            return flyweights.get(key);
        } else {
            Flyweight flyweight = new ConcreteFlyweight(key);
            flyweights.put(key, flyweight);
            return flyweight;
        }
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();

        Flyweight flyweight1 = factory.getFlyweight("key1");
        flyweight1.operation("state1");

        Flyweight flyweight2 = factory.getFlyweight("key2");
        flyweight2.operation("state2");

        Flyweight flyweight3 = factory.getFlyweight("key1");
        flyweight3.operation("state3");
    }
}
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程序分析

在上述示例中，享元模式通过共享具有相同内部状态的对象来减少内存使用。FlyweightFactory负责创建和管理享元对象，ConcreteFlyweight实现了享元接口，并可以被共享和重用。客户端通过享元工厂获取享元对象，并将外部状态作为参数传递给享元对象。