技术成神之路：设计模式（十四）享元模式

介绍

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构性设计模式，旨在通过共享对象来有效地支持大量细粒度的对象。

1.定义

享元模式通过将对象状态分为内部状态（可以共享）和外部状态（不可共享），来减少内存使用和提高性能。

2. 主要作用

降低内存消耗
提高性能
共享相似对象

3. 解决的问题

当程序中存在大量相似对象时，使用享元模式可以有效减少内存占用，避免重复对象的创建。

4. 模式原理

包含角色：

Flyweight： 抽象享元类，定义了享元对象的接口。
ConcreteFlyweight： 具体享元类，实现了抽象享元类的接口，负责存储内部状态。
FlyweightFactory： 享元工厂类，用于创建和管理享元对象，确保共享。

UML类图：
在这里插入图片描述
示例：
模拟一个图形绘制的场景，其中使用享元模式共享相同的图形对象（如圆）：

// 享元接口
interface Shape {void draw(String color);
}// 具体享元类
class Circle implements Shape {private String color;public Circle(String color) {this.color = color;System.out.println("Creating Circle of color: " + color);}@Overridepublic void draw(String color) {System.out.println("Drawing Circle of color: " + color);}
}// 享元工厂类
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);circleMap.put(color, circle);}return circle;}
}// 使用
public class FlyweightPatternDemo {public static void main(String[] args) {ShapeFactory shapeFactory = new ShapeFactory();// 共享相同颜色的圆Shape circle1 = shapeFactory.getCircle("Red");circle1.draw("Red");Shape circle2 = shapeFactory.getCircle("Green");circle2.draw("Green");Shape circle3 = shapeFactory.getCircle("Red");circle3.draw("Red");System.out.println("Total Circles created: " + ShapeFactory.circleMap.size());}
}

打印输出：

Creating Circle of color: Red
Drawing Circle of color: Red
Creating Circle of color: Green
Drawing Circle of color: Green
Drawing Circle of color: Red
Total Circles created: 2

🆗，从这个简单的示例，你会发现享元模式其实很简单，就是共享对象复用对象，一般开发中并不常用。

在安卓中 Handler的Message 就使用了享元模式，因为在安卓中几乎所有事件驱动都是通过Message来进行的，可以说它无处不在，这时候就可以使用享元模式以优化内存使用和提高性能。

下面就以 Message 为例，从源码角度剖析其实现原理！

Message 的池化机制
在 Message 类中，有一个静态的对象池，用于存放可重用的 Message 实例。

    public static final Object sPoolSync = new Object();private static Message sPool;//这是一个链表的头指针，指向池中可重用的 Message 对象private static int sPoolSize = 0;//记录池中当前的对象数量。private static final int MAX_POOL_SIZE = 50;//定义池的最大容量。private static boolean gCheckRecycle = true;//一个标志位，用于检查回收的消息是否有效。/*** Return a new Message instance from the global pool. Allows us to* avoid allocating new objects in many cases.*/public static Message obtain() {synchronized (sPoolSync) {if (sPool != null) {Message m = sPool;sPool = m.next;m.next = null;m.flags = 0; // clear in-use flagsPoolSize--;return m;}}return new Message();}public void recycle() {if (isInUse()) {if (gCheckRecycle) {throw new IllegalStateException("This message cannot be recycled because it "+ "is still in use.");}return;}recycleUnchecked();}/*** Recycles a Message that may be in-use.* Used internally by the MessageQueue and Looper when disposing of queued Messages.*/@UnsupportedAppUsagevoid recycleUnchecked() {// Mark the message as in use while it remains in the recycled object pool.// Clear out all other details.flags = FLAG_IN_USE;what = 0;arg1 = 0;arg2 = 0;obj = null;replyTo = null;sendingUid = UID_NONE;workSourceUid = UID_NONE;when = 0;target = null;callback = null;data = null;synchronized (sPoolSync) {if (sPoolSize < MAX_POOL_SIZE) {next = sPool;sPool = this;sPoolSize++;}}}

这里所谓的池并不是一个集合容器而是 Message 对象通过 next 属性构成一个链表。每个 Message 对象可以指向下一个可用的 Message，实现了简单的对象池。

当对象不再需要时（如在处理完消息后），调用recycle()可以将其放回池中（通过设置 next 指向池头 sPool），这样下次调用 obtain 时就能复用这些对象，而不是每次都新建。

在调用recycle()可以发现有一个 isInUse()方法判断这个Message是否正在使用，这个其实不用开发者操心的，因为所有的消息都要经过Looper这个 “传送带”，内部自动回收，翻开Looper的源码文件你会发现在loopOnce方法中最后会调用 msg.recycleUnchecked()，如果你进行了某种自定义操作，导致 Message 未能通过正常的 Handler 流程处理，那么你可能需要手动调用 msg.recycle()。

简单概括就是：一条由Message 组成的链表，你想用Message时，就从这个链表上掐掉一个Message来使用，这个掐掉操作就是将m.next = null，当你不再使用时就将其放回到链表头，操作就是 next = sPool 和sPool = this。

5. 优缺点

优点：

节省内存空间。
提高性能，特别是创建和管理大量对象时。

缺点：

外部状态管理可能导致系统逻辑混乱。

6. 应用场景

游戏中的角色、场景元素（如树、建筑）等。
文本处理系统中的字符、字体。
大量相似对象需要频繁创建的场景。
…

7. 总结

享元模式通过共享对象来优化内存使用和性能，适合于需要创建大量相似对象的场景，但设计复杂性和状态管理需要谨慎处理。