享元模式

​享元（Flyweight、Cache）模式属于结构型模式的一种。

享元模式通过将对象的内部状态和外部状态分开，尽量共享内部状态来减少对象的创建。内部状态是对象可以共享的部分，而外部状态是对象特有的、依赖于环境的部分。

享元模式旨在有效共享对象，避免重复创建相同内容的对象，减少内存开销，让你能在有限的内存中载入更多对象。

享元类的状态只能由构造函数的参数进行一次性初始化，它不能对其他对象公开其设置器或公有成员变量。

享元模式只是一种优化。 

享元模式在Java标准库中有很多使用，比如Byte、Integer。

享元模式是通过工厂方法创建对象，在工厂方法内部，很可能返回缓存的实例，而不是新创建实例，从而实现不可变实例的复用。

在实际应用中，享元模式主要应用于缓存，直接返回内存中缓存的数据。

当需要创建大量相似的对象时，且这些对象的内部状态有很多相同部分时，可以使用享元模式。

享元模式通常有以下组成部分：

• Flyweight（享元类）：抽象享元类，负责存储共享的内部状态，定义接口以允许客户端访问内部状态。
• ConcreteFlyweight（具体享元类）：具体的享元类，负责实现共享对象的操作，存储内部状态。
• FlyweightFactory（享元工厂）：享元工厂类，用来管理和维护享元对象池。它确保享元对象的共享，避免重复创建相同对象。
• Client（客户端）：使用享元对象的代码，负责传递外部状态，并将共享对象传递给其他对象进行操作。

假如开发一个文字编辑器，我们使用享元模式将相同字符的显示对象共享。

1、享元类

public interface Flyweight {
    void display(String extrinsicState); // 外部状态，依赖客户端的具体状态
}

2、具体享元类

public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
    private String intrinsicState; // 内部状态
    
    public ConcreteFlyweight(String intrinsicState) {
        this.intrinsicState = intrinsicState;
    }

    @Override
    public void display(String extrinsicState) {
        System.out.println("Displaying " + intrinsicState + " with external state " + extrinsicState);
    }
}

3、享元工厂

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

public class FlyweightFactory {
    private Map<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<>();

    public Flyweight getFlyweight(String intrinsicState) {
        // 享元工厂决定是否复用已有享元或者创建一个新的对象
        if (!flyweights.containsKey(intrinsicState)) {
            flyweights.put(intrinsicState, new ConcreteFlyweight(intrinsicState));
        }
        return flyweights.get(intrinsicState);
    }
}

4、客户端

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
        
        Flyweight f1 = factory.getFlyweight("A");
        f1.display("First Instance");

        Flyweight f2 = factory.getFlyweight("A");
        f2.display("Second Instance");

        Flyweight f3 = factory.getFlyweight("B");
        f3.display("Third Instance");
    }
}

享元模式的优缺点。

优点：

• 节省内存：通过共享相同的对象，减少内存占用。
• 提高性能：减少对象的创建，减少内存垃圾回收的频率，从而提高性能。
• 降低资源消耗：共享对象减少了系统的内存消耗，特别是在系统需要创建大量相似对象时。

缺点：

• 增加复杂度：享元模式的实现较为复杂，需要设计共享对象池。

享元模式的设计思想是尽量复用已创建的对象，常用于工厂方法内部的优化。

可能很多同学觉得享元模式与单例模式很像。的确，但是他们也有区别。单例模式是不允许创建新实例。享元模式是要求实例不变，所以把 "应该创建一个新实例" 的操作优化为 "直接返回一个缓存的实例"。

单例对象可以是可变的。享元对象是不可变的。

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。-- 烟沙九洲

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