享元模式

享元模式的核心思想是通过共享技术减少大量细粒度对象的创建，降低内存占用并提升性能。换句话说，它通过分离对象的内部状态（可共享的固有属性）和外部状态（随场景变化的属性）实现对象复用。

特点

• 对象复用：通过共享池管理可复用的对象，避免重复创建
• 内存优化：减少内存占用，提升性能
• 状态分离：
  • 内部状态：对象固有的、可共享的属性
  • 外部状态：对象依赖外部环境的参数，随场景变化的属性

模式结构

简单示例

# 抽象享元对象
class AirplaneInterface:                                 
    def flight_route(self, city_a, city_b): pass         # 外部状态由参数传递


# 具体享元对象
class Airplane(AirplaneInterface):
    def __init__(self, manufacturer, model):
        self.manufacturer = manufacturer                 # 固有的属性
        self.model = model                               # 固有的属性

    def flight_route(self, city_a, city_b):              # 外部状态由参数传递
        print(f"{self.manufacturer} {self.model} is flying from {city_a} to {city_b}.")

# 享元工厂
class AirplaneFactory:
    _airplanes = {}                                      # 享元池

    @classmethod
    def get_airplane(cls, manufacturer, model):
        if f"{manufacturer} {model}" not in cls._airplanes:
            cls._airplanes[f"{manufacturer} {model}"] = Airplane(manufacturer, model)
        return cls._airplanes[f"{manufacturer} {model}"]


# 客户端代码
if __name__ == "__main__":
    factory = AirplaneFactory()
    B787 = factory.get_airplane("Boeing", "787")
    B787.flight_route("New York", "Los Angeles")
    # Boeing 787 is flying from New York to Los Angeles.
    B747 = factory.get_airplane("Boeing", "747")
    B747.flight_route("Tokyo", "Shanghai")
    # Boeing 747 is flying from Tokyo to Shanghai.
    # 验证享元池中只有两个对象
    B787_2 = factory.get_airplane("Boeing", "787")
    print(f"B787 和 B787_2 是同一个对象: {B787 is B787_2}")
    # B787 和 B787_2 是同一个对象: True
    B747_2 = factory.get_airplane("Boeing", "747")
    print(f"B747 和 B747_2 是同一个对象: {B747 is B747_2}")
    # B747 和 B747_2 是同一个对象: True
    print(f"享元池中享元对象的数量: {len(factory._airplanes)}")
    # 享元池中享元对象的数量: 2

应用场景

• 存在大量相似对象时（图型渲染、样式配置）
• 对象大部分状态可外部化，且外部状态变化频繁时（数据库连接对象）

优缺点

• 优点：
  • 内存减少，性能提升
  • 支持大规模细粒度对象管理
• 缺点
  • 内外状态分离，提高了代码复杂度
  • 共享对象要求线程安全

享元模式 VS 单例模式