设计模式 - 结构型 - 享元模式（Flyweight Pattern）-优快云博客

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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，特别适用于存在大量相似对象的场景。其核心在于分离对象的内部状态（不变部分）与外部状态（可变部分），通过共享内部状态降低资源消耗。以下是该模式的系统性解析：

一、核心定义与设计目标

定义
享元模式通过共享不可变状态（内部状态）来支持大量细粒度对象的复用，而可变状态（外部状态）由客户端维护，从而减少重复对象的创建。例如，在文档编辑器中，字符的字体、颜色作为内部状态共享，而位置坐标作为外部状态独立管理。
设计目标
- 减少内存占用：通过共享相同内部状态的对象，避免重复创建。
- 提升性能：降低对象实例化与销毁的开销。
- 解耦状态管理：分离不变与可变状态，增强系统灵活性。

二、模式结构与角色划分

核心角色
- 抽象享元（Flyweight）：定义对象接口，声明内部状态的操作方法（如 Character 接口）。
- 具体享元（ConcreteFlyweight）：实现抽象接口，存储不可变的内部状态（如具体字符的字体、颜色）。
- 享元工厂（FlyweightFactory）：管理享元对象池（通常为 HashMap），按需创建或返回已有对象。
- 客户端（Client）：维护外部状态，通过享元工厂获取对象（如字符的位置信息）。
UML类图示例

+----------------------+         +-------------------+
|   Flyweight        |<|-------|>| FlyweightFactory  |
| +operation(extrinsic)|         | -pool: Map        |
+----------------------+         +-------------------+
       ▲                               ▲
       |                               |
+---------------------+          +-------------------+
| ConcreteFlyweight   |          | Client            |
+---------------------+          +-------------------+

三、优缺点分析

优点

内存优化：共享内部状态减少对象数量。
性能提升：避免频繁创建销毁对象。
扩展性：新增享元类型不影响现有代码。

缺点

设计复杂度：需明确划分内部/外部状态，增加架构难度。
线程安全问题：共享对象的并发访问需同步控制。
外部状态管理成本：客户端需维护大量可变状态。

四、适用场景

大规模相似对象
- 在线文档编辑器中的字符。
- 多人在线游戏的角色外观共享。
资源密集型对象
- 数据库连接池、线程池。
不可变数据复用
- 棋盘游戏中的棋子属性（如颜色、形状）。

五、实现示例（Java）

以在线游戏角色外观共享为例：

// 抽象享元：角色外观接口
interface CharacterAppearance {
    void render(int x, int y);  // x,y为外部状态（位置）
}

// 具体享元：共享外观属性
class SharedAppearance implements CharacterAppearance {
    private String texture;  // 内部状态（不可变）
    public SharedAppearance(String texture) { this.texture = texture; }
    @Override
    public void render(int x, int y) {
        System.out.printf("在(%d,%d)渲染纹理：%s\n", x, y, texture);
    }
}

// 享元工厂
class AppearanceFactory {
    private static Map<String, CharacterAppearance> pool = new HashMap<>();
    public static CharacterAppearance getAppearance(String texture) {
        if (!pool.containsKey(texture)) {
            pool.put(texture, new SharedAppearance(texture));
        }
        return pool.get(texture);
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        CharacterAppearance soldier = AppearanceFactory.getAppearance("迷彩");
        soldier.render(10, 20);  // 输出：在(10,20)渲染纹理：迷彩
    }
}