一.享元模式介绍与使用场景
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最小化内存使用和提高性能。享元模式通过将对象的状态分为内部状态（Intrinsic State）和外部状态（Extrinsic State），并共享内部状态，从而在大量相似对象之间实现有效的资源共享。
内部状态是对象可共享的、独立于对象场景的状态，它可以被多个对象共享。外部状态是对象特定的、依赖于对象场景的状态，它不能被共享，每个对象都会保持一份独立的外部状态。
享元模式的关键思想是将对象的状态分离，并共享内部状态，而通过外部状态来区分和定制对象的行为。这样，在需要创建大量相似对象时，可以避免创建过多的对象，节省内存和系统资源。
应用场景：
1.当一个类需要创建大量相似的对象，且这些对象的区别仅在于它们的内部状态时。享元模式通过共享内部状态，减少了对象的数量，节省了内存和系统资源。
2.当对象的大部分状态可以被外部状态替代时，可以使用享元模式来共享内部状态，并将外部状态作为参数传递给享元对象。这样可以减少对象的数量，并且在使用时可以动态地改变外部状态，实现个性化的行为。
3.当需要频繁创建和销毁对象，且对象的创建和销毁操作消耗较大时，可以使用享元模式来重用已有对象，减少对象的创建和销毁次数，提高系统性能。
4.当系统中的多个对象共享相同的信息时，可以使用享元模式来将共享信息提取为共享对象，避免重复存储相同的数据，减少内存占用。
一些常见的应用场景包括：
文字处理器中的字符对象，可以使用享元模式来共享相同的字符对象，避免创建大量相同的字符对象。
图形界面中的图元对象，可以使用享元模式来共享相同的图元对象，提高图形渲染效率。
线程池中的线程对象，可以使用享元模式来共享线程对象，减少线程创建和销毁的开销。
缓存系统中的缓存对象，可以使用享元模式来共享相同的缓存对象，提高缓存命中率。
总之，享元模式适用于需要创建大量相似对象、可以共享内部状态、需要节省内存和系统资源的场景。它可以通过共享对象来提高系统性能，并且在一定程度上降低了对象的复杂性和内存消耗。
二.享元模式实现
下面是一个使用Java实现享元模式的简单示例：
首先，定义享元接口 Flyweight，它声明了一个操作方法 operate()：
interface Flyweight { void operate(String extrinsicState); }
然后，创建具体的享元类 ConcreteFlyweight，它实现了享元接口，并包含内部状态：
class ConcreteFlyweight implements Flyweight { private String intrinsicState; public ConcreteFlyweight(String intrinsicState) { this.intrinsicState = intrinsicState; } public void operate(String extrinsicState) { System.out.println("Intrinsic State: " + intrinsicState); System.out.println("Extrinsic State: " + extrinsicState); // 执行享元操作 } }
接下来，创建享元工厂类 FlyweightFactory，用于管理和共享享元对象：
import java.util.HashMap; import java.util.Map; class FlyweightFactory { private Map<String, Flyweight> flyweights; public FlyweightFactory() { flyweights = new HashMap<>(); } public Flyweight getFlyweight(String intrinsicState) { if (flyweights.containsKey(intrinsicState)) { return flyweights.get(intrinsicState); } else { Flyweight flyweight = new ConcreteFlyweight(intrinsicState); flyweights.put(intrinsicState, flyweight); return flyweight; } } }
最后，我们可以在客户端中使用享元工厂类来获取和使用享元对象：
public class Client { public static void main(String[] args) { FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory(); // 获取或创建享元对象 Flyweight flyweight1 = factory.getFlyweight("SharedState"); Flyweight flyweight2 = factory.getFlyweight("SharedState"); // 使用享元对象 flyweight1.operate("ExtrinsicState1"); flyweight2.operate("ExtrinsicState2"); } }
输出结果为：
Intrinsic State: SharedState Extrinsic State: ExtrinsicState1 Intrinsic State: SharedState Extrinsic State: ExtrinsicState2
通过享元模式，我们可以共享具有相同内部状态的对象，避免创建过多的对象实例，从而节省内存和系统资源。在实际项目中，享元模式常用于需要创建大量相似对象的场景，例如线程池、缓存、文字处理器等。
需要注意的是，享元模式在共享对象时需要确保对象的内部状态是不可变的，以避免状态被修改造成共享对象的不一致性。
下面再举一个在实际项目中模拟一个文字处理器的字符对象共享的例子。
首先，定义享元接口 Character，它声明了一个方法 display()：
interface Character { void display(); }
然后，创建具体的享元类 ConcreteCharacter，它实现了享元接口，并包含内部状态：
class ConcreteCharacter implements Character { private char symbol; public ConcreteCharacter(char symbol) { this.symbol = symbol; } public void display() { System.out.println("Character: " + symbol); } }
接下来，创建享元工厂类 CharacterFactory，用于管理和共享字符对象：
import java.util.HashMap; import java.util.Map; class CharacterFactory { private Map<Character, Character> characters; public CharacterFactory() { characters = new HashMap<>(); } public Character getCharacter(char symbol) { if (characters.containsKey(symbol)) { return characters.get(symbol); } else { Character character = new ConcreteCharacter(symbol); characters.put(symbol, character); return character; } } }
最后，我们可以在客户端中使用享元工厂类来获取和使用字符对象：
public class Client { public static void main(String[] args) { CharacterFactory factory = new CharacterFactory(); // 获取或创建字符对象 Character character1 = factory.getCharacter('A'); Character character2 = factory.getCharacter('B'); Character character3 = factory.getCharacter('A'); // 使用字符对象 character1.display(); // 输出：Character: A character2.display(); // 输出：Character: B character3.display(); // 输出：Character: A System.out.println(character1 == character3); // 输出：true，字符对象被共享 } }
输出结果为：
Character: A Character: B Character: A true
通过享元模式，我们可以共享具有相同内部状态的字符对象，避免创建多个相同的字符对象，节省了内存和系统资源。在实际项目中，享元模式可以应用于文字处理器、图形渲染器等需要大量相似对象的场景，从而提高系统性能和资源利用率。
需要注意的是，在享元模式中，内部状态应该是不可变的，以确保共享对象的一致性。如果需要修改内部状态，应该通过外部状态来实现个性化的行为。
