Flyweight Pattern（享元模式） 是一种结构型设计模式，旨在通过共享对象来减少内存使用和提高性能。享元模式特别适用于需要大量相似对象的场景，可以有效地减少内存开销。

核心思想

享元模式通过将对象的共享部分（共享状态）和对象的独立部分（非共享状态）分开，使得可以重用已存在的对象。通过共享相同的对象实例，显著减少内存消耗，从而提高应用程序的性能。

组成部分

• Flyweight（享元接口）: 声明了操作的接口，通常包含共享状态的操作。

• ConcreteFlyweight（具体享元类）: 实现了享元接口，维护共享状态。具体享元对象是可共享的。

• UnsharedConcreteFlyweight（非共享享元类）: 如果有一些状态不能共享（即特定于某个对象的状态），则可以将其定义在非共享享元类中。

• FlyweightFactory（享元工厂）: 负责创建和管理享元对象。它确保当请求一个对象时，返回的是已经存在的对象，而不是创建新的对象。

UML图

Java代码

以下是一个简单的 Java 示例，展示了如何使用享元模式。假设我们在一个文本编辑器中，每个字符都可能具有某种样式（如字体、颜色等），我们希望重用相同的字符对象以节省内存。

java">import java.util.HashMap;
import java.util.Map;// Flyweight
interface Character {void display(int size);
}// ConcreteFlyweight
class ConcreteCharacter implements Character {private final char symbol;public ConcreteCharacter(char symbol) {this.symbol = symbol;}@Overridepublic void display(int size) {System.out.println("Character: " + symbol + ", Size: " + size);}
}// FlyweightFactory
class CharacterFactory {private final Map<Character, Character> characters = new HashMap<>();public Character getCharacter(char symbol) {Character character = characters.get(new ConcreteCharacter(symbol));if (character == null) {character = new ConcreteCharacter(symbol);characters.put(character, character);}return character;}
}// Client
public class FlyweightPatternExample {public static void main(String[] args) {CharacterFactory factory = new CharacterFactory();// 共享字符Character a = factory.getCharacter('A');Character b = factory.getCharacter('B');// 使用不同的大小显示相同的字符a.display(12);a.display(10);b.display(14);// 进一步共享Character a2 = factory.getCharacter('A');System.out.println("Are a and a2 the same? " + (a == a2)); // true}
}

解释

• Character（享元接口）: 定义了 display 方法，用于显示字符和其大小。

• ConcreteCharacter（具体享元类）: 实现了 Character 接口，维护了字符的共享状态（即字符本身）。

• CharacterFactory（享元工厂）: 负责管理和共享字符对象，确保每个字符只有一个实例。

• Client: 客户端使用工厂获取字符对象，并可以多次使用相同的字符对象来节省内存。

优点

• 内存节省: 通过共享相同的对象实例，显著减少内存占用。

• 提高性能: 减少了对象创建和垃圾回收的开销，提高了性能。

• 灵活性: 允许使用不同的组合来创建复杂的对象，增强了系统的灵活性。

缺点

• 复杂性增加: 引入了额外的工厂和共享逻辑，使系统设计更加复杂。

• 管理共享状态: 需要小心管理共享状态，避免线程不安全和数据不一致的问题。

使用场景

• 文本处理: 在文档编辑器中，字符和样式可以共享，减少内存使用。
• 图形系统: 在图形应用程序中，许多图形元素（如树、花、建筑物等）可能有相同的外观，但不同的位置。
• 游戏开发: 游戏中的角色、道具等对象可以使用享元模式进行共享。

总结

享元模式通过共享对象来减少内存消耗，提高性能，尤其适合需要大量相似对象的场景。它通过合理管理共享和非共享状态，优化资源使用，增强系统的灵活性和性能。尽管引入了额外的复杂性，但在合适的应用场景中，享元模式能够带来显著的好处。