【Java 设计模式】结构型之享元模式

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，它旨在减少对象的数量以节省内存和提高性能。享元模式通过共享大量相似对象的状态，使得这些对象可以共享，而不需要在每个对象中都存储相同的数据。在本文中，我们将深入研究Java中享元模式的定义、结构、使用场景以及如何在实际开发中应用。

1. 定义

享元模式是一种结构型设计模式，旨在减少对象的数量以节省内存和提高性能。享元模式通过共享大量相似对象的状态，使得这些对象可以共享，而不需要在每个对象中都存储相同的数据。享元模式通常包含两个主要部分：享元接口和具体享元。

• 享元接口（Flyweight）：

  定义了具体享元类需要实现的接口，通常包含一个方法用于接受外部状态。

• 具体享元（ConcreteFlyweight）：

  实现了享元接口，并存储了共享的内部状态。具体享元对象的外部状态通常通过方法参数传递进来。

2. 应用场景

享元模式通常在以下场景中使用：

• 大量相似对象：

  当系统中存在大量相似对象，且这些对象可以共享一些相同的状态时，可以使用享元模式来减少对象的数量。

• 对象的内部状态和外部状态：

  当一个对象的内部状态相对稳定，但外部状态需要在运行时变化时，可以使用享元模式。内部状态存储在具体享元对象中，而外部状态通过方法参数传递进来。

• 需要缓存的对象：

  当需要缓存对象以提高性能时，可以使用享元模式。共享的对象可以被缓存，而不需要重复创建。

3. 代码实现

下面通过一个简单的例子来演示享元模式的实现。假设有一个图书馆系统，需要管理大量的书籍。我们可以使用享元模式来共享相同作者的书籍对象。

享元接口 - 书籍 Book

package com.cheney.demo;

interface Book {
    void display(String author);
}

具体享元 - 具体书籍 ConcreteBook

package com.cheney.demo;

class ConcreteBook implements Book {
    private String title;

    public ConcreteBook(String title) {
        this.title = title;
    }

    @Override
    public void display(String author) {
        System.out.println("书名: " + title + ", 作者: " + author);
    }
}

享元工厂 - 书籍工厂 BookFactory

package com.cheney.demo;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

class BookFactory {
    private Map<String, Book> bookMap = new HashMap<>();

    public Book getBook(String title) {
        Book book = bookMap.get(title);

        if (book == null) {
            book = new ConcreteBook(title);
            bookMap.put(title, book);
        }

        return book;
    }
}

客户端启动类 Main

package com.cheney.demo;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用享元模式创建和显示书籍
        BookFactory bookFactory = new BookFactory();

        Book book1 = bookFactory.getBook("设计模式");
        book1.display("Tom");

        Book book2 = bookFactory.getBook("Java 基础");
        book2.display("Jack");

        Book book3 = bookFactory.getBook("Spring 实战");
        book3.display("Cheney");
    }
}

在上述例子中，Book 是享元接口，定义了具体享元类需要实现的方法。ConcreteBook 是具体享元，实现了 Book 接口，并存储了书籍的标题。BookFactory 是享元工厂，负责创建和管理具体享元对象。

在客户端中，我们使用享元模式创建和显示书籍。通过共享相同标题的书籍对象，我们可以减少对象的数量，提高系统的性能。

结语

享元模式是一种用于减少对象数量、提高系统性能的设计模式。通过共享相似对象的状态，可以在系统中创建更少的对象实例，从而减小内存占用和提高运行效率。在实际开发中，享元模式常被用于管理大量相似对象，例如缓存、连接池等场景。通过合理使用享元模式，可以提高系统的灵活性、可维护性，并且降低系统的资源消耗。