1. 什么是享元模式？

享元模式（Flyweight Pattern） 是一种结构型设计模式，用于高效共享大量细粒度对象，从而减少内存消耗。它通过分离对象的状态为内部状态（Intrinsic）和外部状态（Extrinsic），使得多个对象可以共享相同的内部状态，而外部状态则在使用时动态传入。

2. 核心思想

• 内部状态（Intrinsic State）：对象的共享部分，不会随环境变化，可以在多个上下文中重复使用。
• 外部状态（Extrinsic State）：对象的非共享部分，依赖于具体使用场景，由外部传入。

3. 适用场景

• 系统中存在大量相似对象，且这些对象的状态可以分解为内部和外部状态。
• 对象的创建和销毁成本较高，而共享对象能显著降低资源消耗。
• 典型场景：文本编辑器中的字符、游戏中的角色、图形绘制中的颜色对象等。

Java 实现样例

示例：棋子共享工厂

假设我们要设计一个国际象棋游戏，棋子（如“白棋”和“黑棋”）的颜色是内部状态，而位置是外部状态。通过享元模式，我们可以复用相同颜色的棋子对象。

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1. 定义享元接口（Flyweight）

// 棋子接口
public interface ChessPiece {
    void display(Position position);
}

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2. 具体享元类（ConcreteFlyweight）

// 棋子具体实现类
public class ChessPieceImpl implements ChessPiece {
    // 内部状态：颜色（共享）
    private final String color;

    public ChessPieceImpl(String color) {
        this.color = color;
        System.out.println("创建棋子: " + color);
    }

    @Override
    public void display(Position position) {
        System.out.println("棋子颜色: " + color + ", 位置: (" + position.getX() + ", " + position.getY() + ")");
    }
}

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3. 外部状态类（Extrinsic State）

// 棋子位置（外部状态）
public class Position {
    private final int x;
    private final int y;

    public Position(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    public int getX() {
        return x;
    }

    public int getY() {
        return y;
    }
}

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4. 享元工厂（FlyweightFactory）

// 棋子工厂：管理共享对象
public class ChessPieceFactory {
    // 使用 HashMap 缓存已创建的棋子
    private static final Map<String, ChessPiece> POOL = new HashMap<>();

    public static ChessPiece getChessPiece(String color) {
        ChessPiece piece = POOL.get(color);
        if (piece == null) {
            piece = new ChessPieceImpl(color);
            POOL.put(color, piece);
        }
        return piece;
    }

    public static int getCreatedCount() {
        return POOL.size();
    }
}

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5. 客户端代码（Client）

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建多个棋子
        ChessPiece white1 = ChessPieceFactory.getChessPiece("White");
        ChessPiece white2 = ChessPieceFactory.getChessPiece("White");
        ChessPiece black = ChessPieceFactory.getChessPiece("Black");

        // 验证共享：white1 和 white2 是同一个对象
        System.out.println("white1 == white2? " + (white1 == white2)); // 输出 true

        // 显示不同位置的棋子
        white1.display(new Position(1, 2));
        black.display(new Position(3, 4));
        white2.display(new Position(5, 6));
    }
}

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6. 输出结果

创建棋子: White
创建棋子: Black
white1 == white2? true
棋子颜色: White, 位置: (1, 2)
棋子颜色: Black, 位置: (3, 4)
棋子颜色: White, 位置: (5, 6)

关键点总结

项目	描述
内部状态	color 字段：所有相同颜色的棋子共享该实例。
外部状态	Position 对象：每次调用 display() 时动态传入。
工厂作用	控制对象创建，确保相同颜色的棋子只创建一次。
优点	节省内存，避免重复创建对象；提高性能。
缺点	增加系统复杂度；需要区分内外状态，维护成本较高。
适用场景	大量细粒度对象存在相似性，且对象创建成本较高时。

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应用扩展

• 文本编辑器：字符对象（如 Character）可共享，字体、颜色等作为外部状态。
• 游戏开发：子弹、敌人等对象可通过享元模式减少内存占用。
• Web 服务：共享连接池中的数据库连接对象。

通过合理使用享元模式，可以在保证系统性能的同时，降低资源消耗。