23种设计模式之享元模式（Flyweight Pattern）

news2024/9/21 20:24:21

前言：大家好，我是小威，24届毕业生，在一家满意的公司实习。本篇文章将23种设计模式中的享元模式，此篇文章为一天学习一个设计模式系列文章，后面会分享其他模式知识。
如果文章有什么需要改进的地方还请大佬不吝赐教👏👏。
小威在此先感谢各位大佬啦~~🤞🤞
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以下正文开始

文章目录

享元模式概念
享元模式使用场景
享元模式优缺点
享元模式代码案例

享元模式概念

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，旨在减少对象的数量，以节省内存空间和提高性能。它通过共享相同或相似状态的多个对象来减少对象的数量。享元模式通常用于大量创建细粒度对象的场景。

享元模式使用场景

在享元模式中，我们创建一个工厂类（Flyweight Factory），该工厂类对外提供获取享元对象的方法。享元对象包含两部分属性：内部状态（Intrinsic State）和外部状态（Extrinsic State）。内部状态指不随外界环境改变而改变的共享部分，外部状态指随着环境的改变而改变的部分。

当客户端需要一个享元对象时，它向工厂类请求一个对象，工厂类会首先查询对象池中是否已经有该对象的实例。如果有，就直接返回对象池中的实例；如果没有，则创建一个新的实例并将其放入对象池中，同时返回给客户端。

享元模式优缺点

享元模式的优点在于，它可以大大减少系统中对象的数量，从而提高系统的性能和内存利用率。它也可以使得代码更加简洁，易于维护和扩展。

但是，享元模式也有一些缺点，在某些情况下，它可能会牺牲部分内存以换取性能的提升。同时，由于享元对象通常是不可变的对象，因此可能会对系统中的某些业务逻辑造成影响。

享元模式代码案例

下面以一个具体例子，比如制作黑白棋游戏来进一步说明：

对于黑白棋这个游戏来说，我们需要大量的棋子对象，如果为每一个棋子都单独创建一个对象，那么系统的性能和内存开销都会非常大。而使用享元模式，我们可以将一些相同的棋子对象共享起来，只需要保存其内部和外部状态区分即可。例如，黑方和白方用不同颜色的棋子，但同一颜色的棋子之间是可以互相替换的。

定义棋子类Piece

public interface Piece {
    void put(int x, int y);
}

public class BlackPiece implements Piece {
    @Override
    public void put(int x, int y) {
        System.out.println("在坐标 (" + x + ", " + y + ") 放置了一个黑棋子");
    }
}

public class WhitePiece implements Piece {
    @Override
    public void put(int x, int y) {
        System.out.println("在坐标 (" + x + ", " + y + ") 放置了一个白棋子");
    }
}

以上代码实现了两个具体的棋子类：BlackPiece 和 WhitePiece。它们都实现了 Piece 接口，并重写了其中的 put() 方法，用于在指定坐标放棋子。

实现享元工厂类PieceFactory

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class PieceFactory {
    private final Map<String, Piece> map = new HashMap<>();

    public Piece getPiece(String color) {
        Piece piece = map.get(color);

        if (piece == null) {
            switch (color) {
                case "black":
                    piece = new BlackPiece();
                    break;
                case "white":
                    piece = new WhitePiece();
                    break;
                default:
                    throw new IllegalArgumentException("Unsupported color: " + color);
            }
            map.put(color, piece);
        }

        return piece;
    }
}

以上代码实现了一个操作棋子对象的共享工厂PieceFactory，其中使用了HashMap来保存已经创建过的棋子对象。直接调用getPiece()方法即可根据颜色获取相应的棋子对象。如果该颜色的棋子对象不存在，则创建一个新的棋子对象并存入map中，否则直接从map中获取棋子对象。

在客户端中使用享元模式

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        PieceFactory factory = new PieceFactory();
        Piece black1 = factory.getPiece("black");
        black1.put(1, 1);
        Piece black2 = factory.getPiece("black");
        black2.put(2, 2);
        Piece white1 = factory.getPiece("white");
        white1.put(3, 3);
        Piece white2 = factory.getPiece("white");
        white2.put(4, 4);
    }
}