一、享元模式的定義
????????享元模式是一種結構型設計模式，它通過共享對象來支持大量細粒度的對象，減少內存消耗。享元模式的核心思想是：將對象分為共享部分和非共享部分，只有共享部分是被多個對象共享的，而非共享部分則是每個對象獨有的。這樣，我們可以大大減少內存中的重復對象。
????????在開發大型應用時，尤其是在對象數量非常龐大的情況下，內存使用和性能優化變得尤為重要。例如，在電影院座位管理、圖形繪制、文字顯示等應用中，我們可能會遇到大量重復的對象實例。如果每次都創建獨立的對象，就會占用大量內存，從而影響系統的性能。享元模式（Flyweight Pattern）提供了一種有效的解決方案，能夠減少對象的創建，優化內存使用。
二、享元模式的角色
- 抽象享元（Flyweight）：定義享元對象的接口，包含共享的部分。
- 具體享元（ConcreteFlyweight）：實現抽象享元接口，具體的享元對象共享相同的數據。
- 非享元（UnsharedConcreteFlyweight）：不需要共享的部分，通常是具體享元對象中的一部分。
- 享元工廠（FlyweightFactory）：負責創建和管理享元對象，確保共享對象的復用。
三、例子講解：電影院座位預定
????????假設我們在開發一個電影院座位預定系統，影院的座位可以通過一個編號來唯一標識。例如，座位編號為“A1”、“A2”、“B1”等。當用戶選擇某個座位進行預定時，我們需要管理這些座位的狀態：是否被預定。
????????如果我們為每個座位都創建一個獨立的對象，那么當座位很多時，會消耗大量的內存。為了優化內存使用，我們可以采用享元模式，將座位的編號和預定狀態作為享元對象，避免重復創建相同編號的座位對象。
1. Seat 接口
????????首先定義一個座位接口，包含兩個方法：reserve()用于預定座位，isReserved()用于檢查座位是否已預定。
public interface Seat {void reserve(); // 預訂座位的方法boolean isReserved(); // 檢查座位是否已預訂
}
2. ConcreteSeat 類（具體享元）
???ConcreteSeat是座位的具體實現，它包含座位編號（seatNumber）和是否預定的狀態（reserved）。這部分數據是共享的，可以被多個對象復用。
public class ConcreteSeat implements Seat {private String seatNumber; // 座位編號private boolean reserved; // 座位是否已預定public ConcreteSeat(String seatNumber) {this.seatNumber = seatNumber;this.reserved = false; // 默認座位未預定}@Overridepublic void reserve() {this.reserved = true;}@Overridepublic boolean isReserved() {return reserved;}public String getSeatNumber() {return seatNumber;}
}
3. SeatFactory 類（享元工廠）
??SeatFactory 是享元工廠，它負責創建并管理享元對象。它維護了一個seatMap，用于緩存已經創建的座位。當請求某個座位時，如果該座位已存在，則直接復用；如果不存在，則創建新的座位對象。
public class SeatFactory {private static Map<String, Seat> seatMap = new HashMap<>();public static Seat getSeat(String seatNumber) {// 如果座位已經存在，則復用if (!seatMap.containsKey(seatNumber)) {seatMap.put(seatNumber, new ConcreteSeat(seatNumber)); // 創建新座位}return seatMap.get(seatNumber); // 返回已有座位}
}
4. CinemaHall 類（非享元）
??CinemaHall 是一個非享元類，它代表電影院。電影院擁有多個座位，座位的創建通過享元工廠來完成。每個電影院座位對象（Seat）都是享元對象的復用，而非享元部分是每個座位的預定狀態（reserved）和座位管理（addSeats()、reserveSeat()）。
public class CinemaHall {private String hallName; // 影廳名稱private Map<String, Seat> seats = new HashMap<>(); // 儲存該影廳的所有座位public CinemaHall(String hallName) {this.hallName = hallName;}// 使用享元工廠獲取或創建座位public void addSeats(String seatNumber) {Seat seat = SeatFactory.getSeat(seatNumber);seats.put(seatNumber, seat);}// 預定座位public void reserveSeat(String seatNumber) {Seat seat = seats.get(seatNumber);if (seat != null && !seat.isReserved()) {seat.reserve();System.out.println("座位 " + seatNumber + " 已被預定");} else {System.out.println("座位 " + seatNumber + " 已被預定或不存在");}}// 顯示座位狀態public void showSeats() {for (String seatNumber : seats.keySet()) {System.out.println("座位：" + seatNumber + " 被預定：" + seats.get(seatNumber).isReserved());}}
}
5. 測試類（TestFlyweight）
????????我們可以通過測試類來驗證享元模式的有效性。測試代碼通過SeatFactory來創建和管理座位，確保相同編號的座位不會被重復創建，從而減少內存消耗。
public class TestFlyweight {public static void main(String[] args) {CinemaHall cinemaHall = new CinemaHall("影廳一");// 添加座位cinemaHall.addSeats("A1");cinemaHall.addSeats("A2");cinemaHall.addSeats("B1");cinemaHall.addSeats("B2");// 預定座位cinemaHall.reserveSeat("A1");cinemaHall.reserveSeat("B1");// 顯示座位狀態cinemaHall.showSeats();}
}
四、享元模式的優勢
- 減少內存消耗：享元模式通過共享相同的數據來減少對象的創建，節省內存空間。
- 提高性能：減少不必要的對象創建，提高系統性能，尤其是在對象數量巨大時。
- 適用于大量細粒度對象的場景：在需要管理大量相似對象的情況下，享元模式能顯著提升效率。
五、結論
????????享元模式通過共享對象來優化內存使用，特別適用于系統中存在大量重復對象的場景。通過享元工廠，我們能夠實現對象的復用，從而大大節省內存。在實際開發中，享元模式非常適合用于處理類似座位管理、字符渲染等需要大量對象的場景。通過本例，我們深入理解了享元模式的核心思想及實現方式，并學習了如何應用它來解決內存消耗問題。
