享元模式

享元模式是为了对象复用，节省内存，防止对象的频繁创建和销毁。

定义

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构设计模式，旨在通过共享对象来减少内存使用和提高性能。它适用于大量细粒度的对象，其中许多对象具有相似的属性和行为。

结构

抽象享元（Flyweight）：定义享元对象的接口，包含享元对象的公共方法。这个接口可以描述内部状态和外部状态的操作。
具体享元（ConcreteFlyweight）：实现抽象享元接口，并存储内部状态。具体享元对象需要注意内部状态的共享和复用，确保可以被多个客户端共享。
享元工厂（Flyweight Factory）：负责创建和管理享元对象。它维护一个享元池（或缓存），用于存储已创建的享元对象。当客户端请求获取享元对象时，享元工厂首先检查享元池中是否存在符合要求的对象，如果存在则返回已有的对象，否则创建一个新的对象并将其放入享元池中。
客户端（Client）：使用享元对象的客户端。客户端通常会维护一个对享元工厂的引用，并通过享元工厂获取享元对象。客户端需要将外部状态传递给享元对象，以完成具体的操作。

享元模式

- img: https://bitouyun.com/images/design-pattern/flyweight.png
  link: https://bitouyun.com/images/design-pattern/flyweight.png
  name: 享元模式

优点

享元模式通过共享内部状态，可以减少系统中对象的数量，节省内存空间。相同或相似的对象可以共享一份内部状态，从而减少了对象的创建和销毁的开销，提升系统的响应速度。

缺点

增加了系统复杂性：要分离出外部状态和内部状态，引入享元工厂来管理享元对象，这增加了系统的复杂性。

应用场景

享元模式适用于需要创建大量相似对象、希望减少对象数量、节省内存空间并提高系统性能的场景。它可以在对象的内部状态和外部状态之间进行分离，并通过共享内部状态来实现对象的复用。如文字、图像处理、商品、缓存、池管理等。

示例代码1

场景1

黑白棋游戏使用享元模式，减少对象的创建，

/**
 * 棋子
 * 抽象享元接口
 */
public interface Piece {
  // 设置坐标位置
  void put(int x, int y);
}

/**
 * 黑棋
 * 具体享元类
 */
@Slf4j
public class BlackPiece implements Piece {
  @Override
  public void put(int x, int y) {
    log.info("在坐标(x:{},y:{})放置了一个黑棋子", x, y);
  }
}

/**
 * 白棋
 * 具体享元类
 */
@Slf4j
public class WhitePiece implements Piece {
  @Override
  public void put(int x, int y) {
    log.info("在坐标(x:{},y:{})放置了一个白棋子", x, y);
  }
}

/**
 * 棋子工厂类
 * 享元工厂
 */
@Slf4j
public class PieceFactory {
  // 棋子map
  private final Map<String, Piece> pieceMap = new HashMap<>();
  // 饿汉式单例
  private static PieceFactory instance = new PieceFactory();

  // 私有构造方法
  private PieceFactory() {
  }

  // 获取实例
  public static PieceFactory getInstance() {
    return instance;
  }

  // 获取棋子对象
  public Piece getPiece(String color) {
    Piece piece = pieceMap.get(color);
    if (piece == null) {
      switch (color) {
        case "black":
          piece = new BlackPiece();
          log.info("创建黑棋");
          break;
        case "white":
          piece = new WhitePiece();
          log.info("创建白棋");
          break;
        default:
          throw new IllegalArgumentException("不支持的颜色:" + color);
      }
      pieceMap.put(color, piece);
    }
    return piece;
  }
}

/**
 * 测试类
 */
public class Client {
  public static void main(String[] args) {
    Piece black = PieceFactory.getInstance().getPiece("black");
    black.put(1, 1);
    Piece black1 = PieceFactory.getInstance().getPiece("black");
    black1.put(2, 2);
    Piece white = PieceFactory.getInstance().getPiece("white");
    white.put(3, 3);
    Piece white1 = PieceFactory.getInstance().getPiece("white");
    white1.put(4, 4);
  }
}

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示例代码2

场景2

文本编辑器中字符显示，在文本编辑器中有许多字符需要显示，大部分字符是相似，如字体、大小和颜色，使用享元模式可以共享相同的字符对象，下面是一个简化的示例。

/**
 * 字符
 * 抽象享元接口
 */
public interface Character {
  // 显示字符
  void display();
}

/**
 * 具体字符
 * 具体享元类
 */
@Slf4j
public class ConcreteCharacter implements Character {
  // 字符
  private String symbol;

  public ConcreteCharacter(String symbol) {
    this.symbol = symbol;
  }

  @Override
  public void display() {
    log.info("字符:{}", symbol);
  }
}

/**
 * 字符工厂
 * 享元工厂类
 */
@Slf4j
public class CharacterFactory {
  // 字符map
  private static Map<String, Character> characterMap = new HashMap<>();

  public static Character getCharacter(String symbol) {
    Character character = characterMap.get(symbol);
    if (character == null) {
      character = new ConcreteCharacter(symbol);
      log.info("创建字符对象");
      characterMap.put(symbol, character);
    }
    return character;
  }
}

/**
 * 测试类
 */
public class Client {
  public static void main(String[] args) {
    Character character = CharacterFactory.getCharacter("A");
    character.display();
    Character character2 = CharacterFactory.getCharacter("A");
    character2.display();
  }
}

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