享元模式（Flyweight Pattern）是一種結構型設計模式，它通過共享細粒度對象來減少內存使用，從而提高性能。在享元模式中，多個對象可以共享相同的狀態以減少內存消耗，特別適合用于大量相似對象的場景。

享元模式的核心思想

享元模式的核心思想是將對象的狀態分為內部狀態和外部狀態：
● 內部狀態：對象中可以共享的部分，不會隨環境的改變而改變。
● 外部狀態：對象中隨環境改變而變化的部分，不能被共享。
通過將對象的內部狀態和外部狀態分離，可以使多個對象共享相同的內部狀態，從而減少內存的開銷。
享元模式的組成部分
Flyweight（享元接口）：定義對象的接口，通過這個接口可以接受外部狀態。
ConcreteFlyweight（具體享元類）：實現享元接口，并且存儲內部狀態。
UnsharedConcreteFlyweight（非共享享元類）：不被共享的享元對象，一般不會出現在享元工廠中。
FlyweightFactory（享元工廠類）：用來創建和管理享元對象，確保合理地共享享元。

享元模式的實現

在 Java 中實現享元模式，可以通過將對象的內部狀態和外部狀態分離，并使用享元工廠來管理共享的享元對象。下面是一個詳細的示例，展示如何在 Java 中實現享元模式。
享元模式示例
我們將創建一個模擬圍棋棋子的應用，其中棋子的顏色是內部狀態，而棋子的坐標是外部狀態。

1. 定義享元接口
// 享元接口
public interface ChessPiece {void place(int x, int y);
}
2. 實現具體享元類
// 具體享元類
public class ConcreteChessPiece implements ChessPiece {private final String color;  // 內部狀態public ConcreteChessPiece(String color) {this.color = color;}@Overridepublic void place(int x, int y) {System.out.println("Placing a " + color + " piece at (" + x + ", " + y + ")");}
}
3. 創建享元工廠類
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;// 享元工廠類
public class ChessPieceFactory {private static final Map<String, ChessPiece> pieces = new HashMap<>();public static ChessPiece getChessPiece(String color) {ChessPiece piece = pieces.get(color);if (piece == null) {piece = new ConcreteChessPiece(color);pieces.put(color, piece);}return piece;}
}
4. 客戶端代碼
public class FlyweightPatternDemo {public static void main(String[] args) {ChessPiece blackPiece1 = ChessPieceFactory.getChessPiece("Black");blackPiece1.place(1, 1);ChessPiece blackPiece2 = ChessPieceFactory.getChessPiece("Black");blackPiece2.place(2, 2);ChessPiece whitePiece1 = ChessPieceFactory.getChessPiece("White");whitePiece1.place(3, 3);ChessPiece whitePiece2 = ChessPieceFactory.getChessPiece("White");whitePiece2.place(4, 4);System.out.println("blackPiece1 and blackPiece2 are the same instance: " + (blackPiece1 == blackPiece2));System.out.println("whitePiece1 and whitePiece2 are the same instance: " + (whitePiece1 == whitePiece2));}
}
運行結果
Placing a Black piece at (1, 1)
Placing a Black piece at (2, 2)
Placing a White piece at (3, 3)
Placing a White piece at (4, 4)
blackPiece1 and blackPiece2 are the same instance: true
whitePiece1 and whitePiece2 are the same instance: true

享元模式總結

在這個示例中，我們通過享元模式有效地減少了棋子對象的創建次數。享元工廠負責創建和管理享元對象，并確保每種顏色的棋子只有一個實例，從而節省內存。棋子的顏色作為內部狀態被共享，而棋子的坐標作為外部狀態由客戶端提供。

享元模式的優缺點
優點：
減少對象的創建，降低內存消耗，提高系統性能。
提高了系統的可擴展性。
缺點：
使系統更加復雜，需要額外的代碼來管理內部狀態和外部狀態的分離。
不適合內外狀態較為復雜且不同的對象。
適用場景
享元模式適用于以下場景：
系統中存在大量相似對象，導致內存開銷大。
對象的大部分狀態可以外部化。
需要緩沖池的場景。
對象的狀態可以分為內部狀態和外部狀態，并且內部狀態可以共享。
通過使用享元模式，可以顯著減少對象的數量，提高系統性能，特別是在需要大量細粒度對象的應用場景中。