【Java】23种设计模式——11.享元模式

概念

享元模式（Flyweight Pattern）‌ 是 ‌GoF 23种设计模式‌ 中的 ‌结构型模式‌，核心思想是 ‌通过共享技术高效支持大量细粒度对象的复用‌，减少内存消耗。适用于系统中存在大量相似对象且对象状态可分离的场景（如字符渲染、游戏粒子系统）。

享元模式的特点

• 内部状态vs外部状态 内部状态不可变（如颜色），由享元对象存储；外部状态可变（如位置），由客户端传递
• 对象复用 通过工厂缓存共享对象，避免重复创建

角色

角色‌	‌职责‌
‌Flyweight‌（抽象化共享对象）	定义共享对象的接口（如 Shape 接口）
‌ConcreteFlyweight‌（具体共享对象）	实现具体共享对象（如 Circle 类），存储 ‌内部状态‌（不可变部分）
‌FlyweightFactory‌（共享对象工厂）	管理共享对象的工厂，确保对象复用（如缓存池）
‌Client‌（共享客户端）	使用享元对象，维护 ‌外部状态‌（可变部分）

适用场景

系统中存在大量相似对象、对象的大部分状态可以外部化

• 文本编辑器 每个字符的字体、大小作为内部状态共享，位置、颜色作为外部状态传递。
• 游戏开发 例子系统（如子弹、火焰）复用相同的纹理和模型，仅位置、速度由外部控制。
• 数据连接池 复用已经建立的连接对象，避免频繁创建和销毁。

使用

• 抽象化共享对象（享元接口） （形状抽象化）

  /**
   * 抽象化共享对象 : 形状
   * @Author：lyj
   * @Date：2025/5/15 14:29
   */
  public interface Shap {
      /**
       * 绘制形状， x,y为外部状态（由客户端传递）
       * @param x
       * @param y
       */
      public void draw(int x, int y);
  }
  

• 具体共享对象（享元对象） (圆形、多边形)

  /**
   * 具体享元类 ： 圆（内部状态，颜色）
   * @Author：lyj
   * @Date：2025/5/15 14:32
   */
  public class Circle implements Shap {
      private String color;       // 颜色
      public Circle(String color) {
          this.color = color;
      }
  
      @Override
      public void draw(int x, int y) {
          System.out.printf("圆形{颜色:[%s],位置[%d,%d]} ",color ,x,y);
          System.out.println();
      }
  }
  
  

  /**
   * 具体享元类 ： 多边形（内部状态，边数量）
   * @Author：lyj
   * @Date：2025/5/15 14:32
   */
  public class Polygon implements Shap {
      private String color;       // 颜色
  
      public Polygon(String color) {
          this.color = color;
      }
  
      @Override
      public void draw(int x, int y) {
          System.out.printf("多边形{颜色[%s],位置[%d,%d]}",color ,x,y);
          System.out.println();
      }
  }
  

• 共享对象工厂（享元工厂） 获取图形形状、位置

  /**
   * 享元工厂类 ： 获取形状对象（颜色、位置）
   * @Author：lyj
   * @Date：2025/5/15 15:26
   */
  public class ShapFactory {
      private static final Map<String, Shap> shapes = new HashMap<>();
  
      /**
       * 获取共享对象（按颜色复用）
       * @param type 类型
       * @param color 颜色
       * @return
       */
      public static Shap getShape(String type, String color)
      {
          String key = type + color;
          Shap shape = shapes.get(key);
          if (shape == null){
              switch (type.toLowerCase()){
                  case "圆形":
                      shape = new Circle(color);
                      break;
                  case "多边形":
                      shape = new Polygon(color);
                      break;
                  default:
                      throw new IllegalArgumentException("不支持形状类型");
  
              }
              shapes.put(key,shape);
          }
          return shape;
  
      }
  
  }
  

• 共享客户端

  运行结果，详见注释

  // 外部状态（位置）由客户端维护
  int[][] points = {{1,2}, {3,4}, {5,6},{7,8},{9,10},{11,12}};
  // 通过工厂类获取享元对象
  Shap redCircle = ShapFactory.getShape("圆形","红色");
  Shap blueCircle = ShapFactory.getShape("圆形","蓝色");
  Shap yellowCircle = ShapFactory.getShape("圆形","黄色");
  Shap redPolygon = ShapFactory.getShape("多边形","红色");
  Shap bluePolygon = ShapFactory.getShape("多边形","蓝色");
  Shap yellowPolygon = ShapFactory.getShape("多边形","黄色");
  // 绘制图形（传递外部形态）
  redCircle.draw(points[0][0],points[0][1]);  //圆形{颜色:[红色],位置[1,2]} 
  blueCircle.draw(points[1][0],points[1][1]); //圆形{颜色:[蓝色],位置[3,4]}
  yellowCircle.draw(points[2][0],points[2][1]);   //圆形{颜色:[黄色],位置[5,6]}
  redPolygon.draw(points[3][0],points[3][1]); //多边形{颜色:[红色],位置[7,8]}
  bluePolygon.draw(points[4][0],points[4][1]);    //多边形{颜色:[蓝色],位置[9,10]}
  yellowPolygon.draw(points[5][0],points[5][1]);  //多边形{颜色:[黄色],位置[11,12]}