设计模式——享元模式

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，它的主要目的是通过共享已存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量，从而降低系统内存消耗和提高性能。它通过将对象的状态划分为内部状态（Intrinsic State）和外部状态（Extrinsic State），仅共享具有相同内部状态的对象。

原理

• 抽象享元类（Flyweight Interface）: 定义了所有具体享元类的公共接口，通过这个接口客户端可以访问内在状态。
• 具体享元类（Concrete Flyweight）: 实现抽象享元类，存储并提供内部状态共享的具体实现。
• 享元工厂（Flyweight Factory）: 负责创建和管理享元对象，并确保正确地重用现有的享元对象。当请求一个新对象时，如果该对象已经存在，则返回已有的实例；否则，才创建一个新的实例。

Java代码示例

// 抽象享元类
public interface Shape {
    void draw(int x, int y);
}

// 具体享元类：圆形
public class Circle implements Shape {
    private String color; // 外部状态，不共享

    // 内部状态，被多个对象共享
    private static Map<String, Circle> circlePool = new HashMap<>();

    private Circle(String color) {
        this.color = color;
    }

    // 由享元工厂负责调用此方法以复用已有对象或创建新的对象
    public static Circle getCircle(String color) {
        if (!circlePool.containsKey(color)) {
            circlePool.put(color, new Circle(color));
        }
        return circlePool.get(color);
    }

    @Override
    public void draw(int x, int y) {
        System.out.println("Drawing a circle at (" + x + ", " + y + ") with color: " + color);
    }
}

// 享元工厂
public class ShapeFactory {
    public static Shape getShape(String shapeType, String color) {
        if ("circle".equals(shapeType)) {
            return Circle.getCircle(color);
        } else {
            // 其他类型的形状处理...
            throw new UnsupportedOperationException("Unsupported shape type");
        }
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Shape circle1 = ShapeFactory.getShape("circle", "red");
        circle1.draw(10, 10);

        Shape circle2 = ShapeFactory.getShape("circle", "blue");
        circle2.draw(50, 50);

        // 如果颜色“red”已经创建过，则circle3会复用之前的红色圆对象
        Shape circle3 = ShapeFactory.getShape("circle", "red");
        circle3.draw(100, 100);
    }
}

想象你正在运营一家制作个性化T恤衫的公司，每种颜色的T恤都是单独的一件衣服。为了节约成本，你会把每种颜色的T恤看作是共享资源，即每个颜色只准备一件基础T恤。当客户订购某种颜色的T恤时，只要仓库中有对应颜色的基础T恤，就直接使用这件基础T恤进行个性化的打印，而不是每次都生产一件全新的T恤。这就是享元模式的思想，在这里，颜色就是内部状态，而T恤上的文字或图案则是外部状态。

应用场景

• 在图形用户界面中，绘制大量的相似对象，如字体、图标等，它们的大部分属性是相同的，只有少数属性因位置或大小不同而变化。
• 大规模游戏场景中的大量小物件，比如森林里的树叶，可以通过共享纹理资源来节省内存。

适用性

• 系统中存在大量相似对象并且这些对象的大部分状态都可以外部化时。
• 对象的大多数状态都可以变为不可变的，并且可以合理划分内部状态和外部状态。
• 需要大幅度减少创建对象的数量，以节省内存和提高性能。