Java设计模式之享元模式

概念

享元模式是一种结构型设计模式，通过共享对象来减少内存占用和对象创建开销。它将对象状态分为：

1.内部状态（Intrinsic）：可共享的、不变的部分（如颜色）。

2.外部状态（Extrinsic）：不可共享的、变化的部分（如位置、半径）。

作用

1.减少重复对象的创建，降低内存消耗。

2.提高系统性能（对象初始化成本高时效果显著）。

使用场景

1.系统需要创建大量相似对象。

2.对象的大部分状态可以外部化。

3.需要缓存或对象池的场景（如游戏中的粒子系统、文档编辑器中的字符对象）。

举例

// 享元接口
interface Circle {
    void draw(int x, int y, int radius);
}

// 具体享元类
class ConcreteCircle implements Circle {
    private final String color; // 内部状态（共享）

    public ConcreteCircle(String color) {
        this.color = color;
    }

    @Override
    public void draw(int x, int y, int radius) { // 外部状态作为参数
        System.out.printf("Drawing %s circle at (%d,%d) with radius %d\n", 
                         color, x, y, radius);
    }
}

// 享元工厂
class CircleFactory {
    private static final Map<String, Circle> circleMap = new HashMap<>();

    public static Circle getCircle(String color) {
        // 如果没有生成特定颜色的圆，则生成并保存，最后再返回
        if (!circleMap.containsKey(color)) {
            Circle newCircle = new ConcreteCircle(color);
            circleMap.put(color, newCircle);
        } 
        return circleMap.get(color);
    }
}

// 客户端使用
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        String[] colors = {"Red", "Blue", "Green"};
        
        // 获取10个圆形，但实际只创建3个对象
        for(int i=0; i<10; i++){
            String color = colors[i % 3];
            Circle circle = CircleFactory.getCircle(color);
            circle.draw(i*10, i*20, 5); // 外部状态每次不同
        }
    }
}

优点和缺点

优点

1.减少内存使用。

2.提高性能（减少GC压力）。

3.适用于大量相似对象的场景。

缺点

1.增加系统复杂性。

2.需要区分内部/外部状态。

3.可能引入线程安全问题。

未使用享元模式的实现

class SimpleCircle {
    private String color;
    
    public SimpleCircle(String color) {
        this.color = color;
    }
    
    public void draw(int x, int y, int radius) {
        System.out.printf("Drawing %s circle at (%d,%d) with radius %d\n", 
                         color, x, y, radius);
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        String[] colors = {"Red", "Blue", "Green"};
        
        // 每次都会创建新对象（共创建10个对象）
        for(int i=0; i<10; i++){
            String color = colors[i % 3];
            SimpleCircle circle = new SimpleCircle(color); // 每次都新建对象
            circle.draw(i*10, i*20, 5);
        }
    }
}

总结

1.享元核心：通过对象复用将对象数量从使用次数级别降低到不同状态组合级别。

2.取舍判断：当对象初始化成本高且存在大量重复状态时优先使用。

3.状态管理：需要仔细区分类的固有属性和运行时可变属性。

4.性能影响：在需要创建数百万个对象的场景中，内存节省效果会非常显著。

实际开发中，Java的String常量池、Integer.valueOf()缓存（-128~127）都是享元模式的经典应用。

享元模式和单例模式的区别