当前位置：首页 > news >正文

23种设计模式-享元(Flyweight)设计模式

news 来源：原创 2025/4/28 12:40:32

享元设计模式

🚩什么是享元设计模式？
🚩享元设计模式的特点
🚩享元设计模式的结构
🚩享元设计模式的优缺点
🚩享元设计模式的Java实现
🚩代码总结
🚩总结

🚩什么是享元设计模式？

享元设计模式（Flyweight Pattern） 是一种 结构型设计模式，它通过 共享对象 来有效支持大量细粒度对象的复用。享元模式的核心思想是 分离对象的内部状态和外部状态，通过共享内部状态来减少内存消耗。

使用场景

当系统需要 创建大量相似对象 时，且这些对象的大部分状态可以外部化。
当对象的 创建成本较高（如占用内存大或初始化时间长）时。
当需要 缓存对象 以提高性能时，如游戏中的粒子系统、文字编辑器中的字符对象等。

🚩享元设计模式的特点

共享对象：通过共享相同内部状态的对象来减少内存消耗。
分离状态：将对象状态分为 内部状态（可共享） 和 外部状态（不可共享）。
工厂管理：通常使用工厂类来管理和复用享元对象。
性能优化：特别适用于需要创建大量相似对象的场景。

🚩享元设计模式的结构

享元模式主要包含以下部分：

Flyweight（抽象享元）：定义对象的接口，声明设置外部状态的方法。
ConcreteFlyweight（具体享元）：实现抽象享元接口，存储内部状态。
UnsharedConcreteFlyweight（非共享具体享元）：不需要共享的子类。
FlyweightFactory（享元工厂）：创建和管理享元对象，确保合理地共享享元。
Client（客户端）：维护外部状态，并在需要时请求享元对象。

🚩享元设计模式的优缺点

✅ 优点

减少内存消耗：通过共享对象显著减少内存使用。
提高性能：减少了创建对象的数量，降低了系统开销。
灵活性：外部状态可以动态变化，不影响共享的内部状态。

❌ 缺点

增加系统复杂度：需要分离内部状态和外部状态。
线程安全问题：共享对象需要考虑线程安全问题。
不适合所有场景：仅当系统中存在大量相似对象时才有效。

🚩享元设计模式的Java实现

代码地址：GitHub

创建 抽象享元 Shape，定义绘制方法。

/**
 * @author hanson.huang
 * @version V1.0
 * @ClassName Shape
 * @Description 抽象享元 Shape
 * @date 2025/3/24 18:23
 **/
public abstract class Shape {

    protected String color; // 内部状态

    public abstract void draw(int x, int y); // 外部状态作为参数
}

创建 具体享元 Circle，实现绘制方法。

/**
 * @author hanson.huang
 * @version V1.0
 * @ClassName Circle
 * @Description 具体享元 Circle
 * @date 2025/3/24 18:24
 **/
public class Circle extends Shape {

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

    @Override
    public void draw(int x, int y) {
        System.out.println("draw a color：" + color + " circle x：" + x + " y：" + y);
    }
}

创建 享元工厂 ShapeFactory，管理享元对象。

/**
 * @author hanson.huang
 * @version V1.0
 * @ClassName ShapeFactory
 * @Description 享元工厂 ShapeFactory 管理享元对象
 * @date 2025/3/24 18:24
 **/
public class ShapeFactory {

    private Map<String, Shape> map = new HashMap<>();

    public Shape getShape(String key) {
        if (!map.containsKey(key)) {
            map.put(key, new Circle(key));
            System.out.println("create color：" + key + " circle");
        }
        return map.get(key);
    }
}

测试享元模式

/**
 * @author hanson.huang
 * @version V1.0
 * @ClassName FlyWeightPattern
 * @Description 测试享元模式
 * @date 2025/3/24 18:26
 **/
public class FlyWeightPattern {

    public static void main(String[] args) {
        ShapeFactory factory = new ShapeFactory();
        Random random = new Random();
        String[] colors = {"red", "blue", "green", "white", "black"};

        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            int x = random.nextInt(colors.length);
            Shape shape = factory.getShape(colors[x]);

            System.out.print("第" + i + "个圆：");
            shape.draw(random.nextInt(2025), random.nextInt(324));
        }
    }
}

📌 运行结果（部分）

在这里插入图片描述

🚩代码总结

抽象享元 Shape 定义绘制方法，颜色作为内部状态。
具体享元 Circle 实现绘制方法，存储颜色（内部状态）。
享元工厂 ShapeFactory 管理共享的圆形对象，按颜色复用。
客户端 维护外部状态（坐标），通过工厂获取享元对象。

🚩总结

享元设计模式 通过共享对象减少内存消耗，适合处理大量相似对象。
核心是 分离内部状态（可共享）和外部状态（不可共享）。
适用于 图形编辑器、游戏开发、文本处理 等需要创建大量相似对象的场景。

✅ 适用场景：

系统需要创建大量相似对象时
对象的大部分状态可以外部化时
需要优化内存使用和提高性能时
Java中很多地方用到了享元设计模式，Integer 类内部有一个缓存机制，使用了享元模式来共享一定范围内的 Integer 对象，以此减少对象的创建数量，节省内存。Integer.valueOf() 方法会优先从缓存中获取 Integer 对象，若缓存中不存在才会创建新对象。再例如，java.lang.String 类的字符串常量池是享元模式的典型应用。当创建字符串对象时，如果字符串常量池中已经存在相同内容的字符串，就会直接返回常量池中的对象，而不是创建新对象。