享元
更新: 6/22/2025 字数: 0 字 时长: 0 分钟
定义
享元模式 (Flyweight Pattern) 运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。通过分离对象的内在状态（可共享）和外在状态（不可共享），享元模式显著减少内存占用，提高系统性能。
角色
- 享元接口 (Flyweight)：声明对象操作接口
- 具体享元 (Concrete Flyweight)：实现享元接口，存储内在状态
- 非共享具体享元 (Unshared Concrete Flyweight)：不共享的具体实现
- 享元工厂 (Flyweight Factory)：创建和管理享元对象
- 客户端 (Client)：维护外在状态，使用享元对象
实现
文本编辑器字符示例
java
// 享元接口
public interface Character {
void display(int position);
}
// 具体享元：字符对象
public class CharacterImpl implements Character {
private char symbol; // 内在状态（可共享）
public CharacterImpl(char symbol) {
this.symbol = symbol;
}
@Override
public void display(int position) {
System.out.println("字符 '" + symbol + "' 在位置：" + position);
}
}
// 享元工厂
public class CharacterFactory {
private Map<Character, Character> characters = new HashMap<>();
public Character getCharacter(char symbol) {
Character character = characters.get(symbol);
if (character == null) {
character = new CharacterImpl(symbol);
characters.put(symbol, character);
}
return character;
}
}
// 客户端：文档
public class Document {
private List<Character> chars = new ArrayList<>();
private CharacterFactory factory = new CharacterFactory();
public void addChar(char symbol, int position) {
Character character = factory.getCharacter(symbol);
chars.add(character);
character.display(position);
}
public void saveToFile(String filename) {
// 保存文档（只存储字符和位置）
}
}
// 使用示例
public class TextEditor {
public static void main(String[] args) {
Document doc = new Document();
doc.addChar('H', 1);
doc.addChar('e', 2);
doc.addChar('l', 3);
doc.addChar('l', 4); // 重用'l'享元
doc.addChar('o', 5);
}
}游戏粒子系统示例
java
// 内在状态（可共享）
public class ParticleType {
private String name;
private String texture;
private Color color;
public ParticleType(String name, String texture, Color color) {
this.name = name;
this.texture = texture;
this.color = color;
}
public void draw(Particle particle) {
// 使用内在状态绘制粒子
System.out.printf("绘制 %s 粒子：位置 (%d,%d), 速度 (%d,%d)%n",
name, particle.getX(), particle.getY(),
particle.getVelX(), particle.getVelY());
}
}
// 外在状态（不可共享）
public class Particle {
private int x, y; // 位置
private int velX, velY; // 速度
private ParticleType type; // 享元引用
public Particle(int x, int y, int velX, int velY, ParticleType type) {
this.x = x;
this.y = y;
this.velX = velX;
this.velY = velY;
this.type = type;
}
public void move() {
x += velX;
y += velY;
}
public void draw() {
type.draw(this);
}
// getters...
}
// 享元工厂
public class ParticleFactory {
private Map<String, ParticleType> particleTypes = new HashMap<>();
public ParticleType getParticleType(String name, String texture, Color color) {
String key = name + texture + color.toString();
ParticleType type = particleTypes.get(key);
if (type == null) {
type = new ParticleType(name, texture, color);
particleTypes.put(key, type);
}
return type;
}
}
// 粒子系统（客户端）
public class ParticleSystem {
private List<Particle> particles = new ArrayList<>();
private ParticleFactory factory = new ParticleFactory();
public void addParticle(int x, int y, int velX, int velY,
String typeName, String texture, Color color) {
ParticleType type = factory.getParticleType(typeName, texture, color);
particles.add(new Particle(x, y, velX, velY, type));
}
public void animate() {
for (Particle particle : particles) {
particle.move();
particle.draw();
}
}
}优缺点
优点：
- 大幅减少内存占用
- 减少对象创建开销
- 集中管理共享状态
- 提高系统性能（尤其大量重复对象场景）
缺点：
- 增加系统复杂度
- 需要分离内外状态（增加设计难度）
- 共享对象线程安全问题
- 可能引入查找开销（工厂查找）
应用场景
- 大量相似对象占用过多内存
- 对象状态可分离为内在和外在
- 不依赖对象标识的操作
- 文本编辑器（字符处理）
- 游戏开发（粒子、地形、NPC）
- 图形系统（图标、光标）
- 数据库连接池
与其他模式的关系
- 与组合模式：享元可作为组合中的叶子节点
- 与单例模式：享元工厂常使用单例
- 与状态模式：状态对象可实现为享元
- 与策略模式：策略对象可实现为享元
- 与对象池模式：对象池管理生命周期，享元关注状态共享
JDK 中的享元模式
- Java 字符串常量池
java.lang.Integer#valueOf()（-128~127 缓存）java.lang.Boolean#valueOf()（TRUE/FALSE 缓存）- Swing 中的
Border实现 - Java 线程池（线程复用）
注意事项
- 仔细分析对象状态（区分内在/外在）
- 控制享元对象数量（避免工厂膨胀）
- 考虑线程安全（共享状态访问）
- 避免过早优化（只在必要时使用）
- 注意享元对象生命周期管理
- 平衡内存节省与性能开销
贡献者
LI SIR wkwbk