享元模式介绍

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，旨在通过共享对象来减少内存使用和提高性能，特别适用于处理大量相似对象的场景。其核心思想是将对象的内部状态（可共享的部分）和外部状态（不可共享的部分）分离，通过共享内部状态来避免重复创建相似对象。

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核心概念

1. Flyweight（享元接口）
   定义对象可共享的方法，通常包含一个接收外部状态参数的方法。
2. ConcreteFlyweight（具体享元类）
   实现享元接口，存储内部状态（可共享的部分）。
3. FlyweightFactory（享元工厂）
   管理享元对象的池（缓存），确保对象被正确共享。
4. Client（客户端）
   维护外部状态（不可共享的部分），并在调用享元对象时传递外部状态。

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应用场景

• 存在大量相似对象，且这些对象的状态可分离为内部和外部部分。
• 内存占用高，且大部分对象的内部状态可以共享。
• 例如：游戏中的粒子系统、文本编辑器中的字符渲染、线程池/连接池等。

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框架中的使用案例

1. Java 字符串常量池

• 机制：Java 通过字符串常量池（String Pool）复用字符串字面量，避免重复创建相同字符串。
• 享元模式体现：字符串是不可变的（内部状态），相同的字符串字面量指向池中的同一对象。

  String s1 = "hello";  // 从常量池获取
  String s2 = "hello";  // 复用 s1 的对象
  System.out.println(s1 == s2); // true
  

2. Java 包装类的缓存（如 Integer）

• 机制：Java 对部分值范围（如 -128 到 127）的 Integer 对象进行缓存。
• 享元模式体现：调用 Integer.valueOf() 时，优先返回缓存对象。

  Integer a = Integer.valueOf(127);  // 从缓存获取
  Integer b = Integer.valueOf(127);  // 复用 a 的对象
  System.out.println(a == b); // true
  

3. GUI 框架中的单元格渲染（如 JavaFX、Swing）

• 场景：表格或列表中大量单元格的渲染。
• 享元模式体现：复用单元格渲染器对象，仅更新外部状态（如单元格数据）。

  // 伪代码示例：表格单元格渲染器
  TableCellRenderer renderer = factory.getRenderer("text");
  renderer.render(dataRow, context); // dataRow 是外部状态
  

4. 线程池/数据库连接池

• 机制：预先创建一组线程或连接对象，避免频繁创建销毁。
• 享元模式体现：线程/连接对象是内部状态，任务/请求是外部状态。

5. 游戏引擎中的粒子系统

• 场景：游戏中的爆炸、火焰等粒子效果需要渲染大量相似粒子。
• 享元模式体现：共享粒子的纹理、颜色等内部状态，仅更新位置、速度等外部状态。

6. Spring 框架中的 Bean 作用域

• 单例作用域：Spring 默认单例模式的 Bean 被所有请求共享，类似于享元模式。
• 原型作用域：非共享对象，每次请求创建新实例。

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优缺点

• 优点：
  • 减少内存占用，提升性能。
  • 集中管理共享状态，避免重复。
• 缺点：
  • 增加系统复杂性（需分离内部/外部状态）。
  • 线程安全问题需谨慎处理。

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总结

享元模式通过共享不可变状态优化资源使用，非常适合处理大量相似对象的场景。在框架中，它常见于常量池、连接池、UI 组件复用等场景。使用时需注意状态分离和线程安全。