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享元模式：高效对象管理的艺术

模式概述

在软件系统中，随着对象数量的增加，内存占用和性能问题日益严重。例如，文本字符串中大量重复字符的处理，若每个字符都用单独对象表示，会导致内存占用过高。这种情况下，如何避免大量对象占用，同时保持对象操作的灵活性，成为一个重要课题。享元模式（Flyweight Pattern）通过共享技术，解决了这一问题。

模式定义

享元模式通过共享对象实现细粒度对象的高效复用。其核心在于区分内部状态和外部状态：

• 内部状态：存储在享元对象内部，不随环境变化，适合共享。
• 外部状态：随环境变化，不可共享，通常由客户端设置。

享元模式通过将相同内部状态的对象共享，减少内存占用，提升性能。例如，文本字符串中的字符可以共享同一实例，仅外部状态（如颜色或大小）不同。

模式结构图

享元模式通常与工厂模式结合使用，其结构包括：

模式伪代码

public class FlyweightFactory {    private Map
   
     flyweights = new HashMap<>();    public Flyweight getFlyweight(String key) {        if (flyweights.containsKey(key)) {            return flyweights.get(key);        } else {            Flyweight fw = new ConcreteFlyweight();            flyweights.put(key, fw);            return fw;        }    }}public class Flyweight {    protected Object intrinsicState;    public void setIntrinsicState(Object intrinsicState) {        this.intrinsicState = intrinsicState;    }    public void operation(Object extrinsicState) {        // 具体逻辑与状态处理    }}public class ConcreteFlyweight extends Flyweight {    @Override    public void operation(Object extrinsicState) {        // 具体逻辑与状态处理    }}
   

模式应用

在JDK中，Integer类型使用享元池优化，缓存常用值：

public static Integer valueOf(int i) {    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high) {        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];    }    return new Integer(i);}

IntegerCache类实现享元池，缓存特定范围内的整数实例。

优缺点分析

优点：

• 减少内存占用，提升性能。
• 外部状态独立，不影响共享。

缺点：

• 维护外部状态复杂化，增加开发成本。
• 外部状态访问增加运行时间开销。

适用场景

• 系统中存在大量相同或相似对象。
• 对象状态外部化，可通过参数传入。
• 需要多次重用对象，值得使用享元模式。

总结

享元模式通过共享技术优化内存使用，适用于处理大量细粒度对象的问题。其核心在于区分内部与外部状态，实现对象的高效复用。

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