享元模式介绍（含案例代码）

学习目标：

• 了解享元模式

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学习内容：

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，旨在减少创建对象的数量，以节省内存和提高性能。这个模式通过共享尽可能多的细节来有效地支持大量细粒度对象。

享元模式的基本思想

享元模式通过将多个对象的共享部分提取出来，只保留它们之间的差异，从而减少内存的使用。这种共享的部分称为“享元”（Flyweight），而不共享的部分则称为“非享元状态”。

享元模式的结构

• 享元接口（Flyweight Interface）：定义了享元对象的方法，可以接收并作用于外部状态。
• 具体享元类（Concrete Flyweight Class）：实现享元接口，并且存储对象的内部状态。具体享元对象是可以共享的。
• 非共享具体享元类（Unshared Concrete Flyweight Class）：并非所有的具体享元对象都可以共享，非共享具体享元类就是那些不需要共享的类。
• 享元工厂（Flyweight Factory）：负责创建和管理享元对象，确保合理地共享享元对象。工厂类通过一个存储已经创建的享元对象的池来维护这些对象。

享元模式的实现

享元模式的实现可以分为两个状态：内部状态和外部状态。内部状态是存储在享元对象内部的共享状态，不会随环境改变而改变；外部状态是随环境改变的不可共享状态，必须由客户端自行维护。

示例代码

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

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

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

    @Override
    public void operation(String externalState) {
        System.out.println("Intrinsic State = " + intrinsicState + ", External State = " + externalState);
    }
}

// 享元工厂
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

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

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

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

        Flyweight flyweight1 = factory.getFlyweight("A");
        flyweight1.operation("First Call");

        Flyweight flyweight2 = factory.getFlyweight("A");
        flyweight2.operation("Second Call");

        Flyweight flyweight3 = factory.getFlyweight("B");
        flyweight3.operation("Third Call");
    }
}

使用场景

• 系统中有大量相似对象：这时可以使用享元模式来减少对象的数量。
• 对象的数量使得内存消耗过大：通过共享对象，可以显著减少内存使用。
• 大部分对象的状态可以外部化：即对象的外部状态可以由客户端来维护。

优点

• 减少对象的创建：通过共享对象，减少了系统中对象的数量，节省了内存。
• 提高性能：减少了内存消耗和垃圾回收的负担，从而提升了系统的性能。

缺点

• 增加了系统的复杂性：需要分离内部状态和外部状态，并且客户端需要维护外部状态。
• 使代码更加难以理解和维护：享元模式的实现需要较高的抽象和设计技巧。

总的来说，享元模式在需要高效管理大量相似对象的场景下非常有用，但在实现时需要仔细设计以平衡性能和复杂性。

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