享元 (Flyweight)

简介

享元 (Flyweight) 是一种结构型设计模式，运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。将对象中可共享的内在状态与随上下文变化的外在状态分离，在多个对象间共享内在状态，从而减少对象数量和内存占用。

问题

• 需要创建大量细粒度对象（如字符、棋子、树节点），若每个对象都保存完整数据，内存和创建开销巨大。
• 很多对象的状态可以共享（如字符 ‘A’ 的字形），只有少量状态随使用场景变化（如位置、颜色）。

解决思路

• 享元 (Flyweight)：保存可共享的内在状态，提供以内在状态为参数的方法，外在状态由调用方传入。
• 享元工厂 (FlyweightFactory)：缓存已创建的享元，按 key（如内在状态）返回同一实例，保证共享。
• 客户端：持有享元引用，在调用时传入外在状态（如坐标、颜色），不把外在状态存进享元。

结构概览

classDiagram
    class Flyweight {
        <<interface>>
        +operation(extrinsicState)* void
    }
    class ConcreteFlyweight {
        -intrinsicState String
        +operation(extrinsicState) void
    }
    class FlyweightFactory {
        -cache Map
        +getFlyweight(key) Flyweight
    }
    class Client
    Flyweight <|.. ConcreteFlyweight
    FlyweightFactory o-- Flyweight
    Client ..> FlyweightFactory : uses
    Client ..> Flyweight : uses

Java 示例

public interface Flyweight {
    void operation(String extrinsicState);
}

public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
    private final String intrinsicState;  // 可共享

    public ConcreteFlyweight(String intrinsicState) {
        this.intrinsicState = intrinsicState;
    }

    @Override
    public void operation(String extrinsicState) {
        System.out.println("内在状态: " + intrinsicState + ", 外在状态: " + extrinsicState);
    }
}

public class FlyweightFactory {
    private final java.util.Map<String, Flyweight> cache = new java.util.HashMap<>();

    public Flyweight getFlyweight(String key) {
        return cache.computeIfAbsent(key, ConcreteFlyweight::new);
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
        Flyweight f1 = factory.getFlyweight("A");
        Flyweight f2 = factory.getFlyweight("A");
        System.out.println(f1 == f2);  // true，同一享元
        f1.operation("位置1");
        f2.operation("位置2");
    }
}

总结

享元通过分离内在/外在状态并共享内在状态，在大量细粒度对象场景下显著减少实例数和内存占用。