Java 设计模式之享元模式(Flyweight Pattern)

享元模式(Flyweight Pattern) 是一种 结构型设计模式,旨在通过共享对象来有效支持大量细粒度对象的复用,从而减少内存占用和提高性能。其核心是 分离内部状态(可共享)与外部状态(不可共享),适用于存在大量重复对象且对象的大部分状态可以外部化的场景。

1. 核心角色

角色说明
享元接口(Flyweight)定义对象的方法,通常包含接收外部状态的操作。
具体享元类(Concrete Flyweight)实现享元接口,存储内部状态(可共享部分)。
享元工厂(Flyweight Factory)管理享元对象池,确保相同内部状态的对象唯一。
客户端(Client)维护外部状态,通过享元工厂获取对象并传递外部状态。

2. 代码示例:图形编辑器中的树对象

假设需要绘制大量树(Tree)对象,树的类型(名称、颜色)可共享,位置和年龄为外部状态。

步骤1:定义享元接口
步骤2:实现具体享元类
步骤3:实现享元工厂
步骤4:客户端使用
输出结果

3. 享元模式类图

4. 享元模式优缺点

优点缺点
减少内存占用,提升性能。增加系统复杂度(需分离内外部状态)。
支持大量细粒度对象的高效管理。线程安全问题需额外处理(如工厂类)。

5. 内部状态 vs. 外部状态

状态类型说明
内部状态(Intrinsic)对象可共享的部分,独立于使用场景(如树的类型、颜色)。
外部状态(Extrinsic)对象不可共享的部分,随上下文变化(如树的位置、年龄)。

6. 实际应用场景

  1. 文本编辑器

    • 内部状态:字符的字体、颜色、大小。

    • 外部状态:字符在文档中的位置。

  2. 游戏开发

    • 内部状态:子弹类型、纹理。

    • 外部状态:子弹的位置、速度。

  3. Java 字符串池

    • String 类的常量池是享元模式的典型实现,相同字面量的字符串对象被复用。


7. 享元模式 vs. 其他模式

模式区别
单例模式单例确保全局唯一实例;享元允许存在多个实例,但相同内部状态的实例被共享。
对象池模式对象池复用对象生命周期;享元复用对象内部状态。

8. 总结

  • 核心思想:通过共享内部状态减少对象数量,外部状态由客户端传递。

  • 关键实现:享元工厂管理共享对象池,确保唯一性。

  • 适用场景:存在大量相似对象且内存占用是瓶颈时优先考虑。

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