當系統中存在大量相似對象時，每個對象都需要占用一定的內存空間，如果這些對象的大部分屬性是相同的，那么頻繁創建這些對象會導致內存消耗過大。享元模式將這些相同部分抽取出來作為共享的內部狀態，在需要時進行共享，從而減少內存占用。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

享元模式（Flyweight Pattern）是一種結構型設計模式，旨在通過共享對象來最大化內存利用和性能提升，享元模式嘗試重用現有的同類對象，如果未找到匹配的對象，則創建新對象。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

使用場景

• 當系統中存在大量相似對象且造成了內存浪費時，可以考慮使用享元模式。
• 對象的狀態可以外部化，并且剝離出共享部分和特有部分。
• 需要緩沖池的場景。

享元模式在對象池中的使用是一種常見的場景，通過對象池管理和復用對象實例，可以提高系統性能和資源利用率。對象池通常用于緩存、連接池等場景，其中對象的創建成本較高或者頻繁創建銷毀會影響性能時，對象池就顯得尤為重要。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

在 Java 中，String 類的 intern() 方法是享元模式的一個應用。intern() 方法返回字符串對象的規范化表示形式，即返回字符串池中與調用字符串等效的字符串。如果字符串池中已經存在等效的字符串，則返回該字符串；否則，將此字符串添加到字符串池中，并返回新的字符串引用。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

下面是一個示例代碼，演示了 String 類的 intern() 方法的應用：eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

public class StringInternExample {    public static void main(String[] args) {        String str1 = "hello";        String str2 = new String("hello");        String str3 = str2.intern();        System.out.println("str1 == str2: " + (str1 == str2)); // false        System.out.println("str1 == str3: " + (str1 == str3)); // true    }}

在上述示例中，str1 和 str2 是兩個不同的字符串對象，盡管它們的值相同，但由于 str2 使用了 new String() 構造方法創建，在堆內存中會生成一個新的對象。而通過調用 intern() 方法后，str3 返回的是字符串池中已存在的字符串對象，因此 str1 和 str3 指向的是同一個對象，所以輸出結果為 "str1 == str3: true"。這就是 intern() 方法的享元模式應用，避免了重復創建相同的字符串對象，節省了內存空間。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

具體實現

享元模式包含以下幾個角色：eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

• 抽象享元（Flyweight）： 定義了享元對象的外部狀態和內部狀態，通過這個抽象類可以接受并作用于外部狀態。
• 具體享元（Concrete Flyweight）： 繼承了抽象享元類，包含內部狀態和外部狀態。具體享元對象需要確保內部狀態是可以共享的，同時提供操作外部狀態的方法。
• 非共享具體享元（Unshared Concrete Flyweight）： 與共享具體享元相對應，非共享具體享元是不能被共享的享元對象，通常是在具體享元中無法共享的情況下使用。
• 享元工廠（Flyweight Factory）： 負責創建和管理享元對象，在請求時返回已經創建的享元對象實例或者新創建一個享元對象。享元工廠通常會維護一個享元池用于存儲已經創建的享元對象。

在享元模式中，核心在于區分內部狀態和外部狀態。內部狀態是可以共享的部分，而外部狀態是對象的非共享部分。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

• 內部狀態（Intrinsic State）： 內部狀態是享元對象固有的、可以共享的狀態，它存儲在享元對象內部并且不會隨著外部環境的變化而改變。內部狀態可以被多個享元對象共享，因此通常將其設計為不可變的屬性。內部狀態對于享元對象的具體實現是必需的，但不會隨著外部環境的變化而改變。
• 外部狀態（Extrinsic State）： 外部狀態是享元對象的可變部分，它隨著外部環境的變化而變化，需要通過客戶端傳入享元對象來進行處理。外部狀態并不影響享元對象的內部結構或行為，它只是作為享元對象行為的參數或上下文信息傳入。外部狀態具有固化特性，不應該隨內部狀態改變而改變，否則導致系統的邏輯混亂。

通過區分內部狀態和外部狀態，享元模式實現了將對象的共享部分和變化部分分離的目的，有效地減少了系統中重復對象的數量，提高了系統的性能和資源利用率。內部狀態是享元對象本身的屬性，而外部狀態則是根據具體情況動態變化的參數。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

實現步驟和示例代碼如下：eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

1.首先定義抽象享元角色。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

public abstract class Flyweight {    //內部狀態    private String intrinsic;    //外部狀態    protected final String extrinsic;    //要求享元角色必須接受外部狀態    public Flyweight(String extrinsic){        this.extrinsic = extrinsic;    }    //定義業務操作    public abstract void operate();    //內部狀態的getter/setter    public String getIntrinsic() {        return intrinsic;    }    public void setIntrinsic(String intrinsic) {        this.intrinsic = intrinsic;    }}

抽象享元角色一般為抽象類，它是描述一類事物的方法。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

2.具體享元角色。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

public class ConcreteFlyweight1 extends Flyweight{    //接受外部狀態    public ConcreteFlyweight1(String extrinsic){        super(extrinsic);    }    //根據外部狀態進行邏輯處理    public void operate(){    //業務邏輯    }}

public class ConcreteFlyweight2 extends Flyweight{    //接受外部狀態    public ConcreteFlyweight2(String extrinsic){        super(extrinsic);    }    //根據外部狀態進行邏輯處理    public void operate(){    //業務邏輯    }}

具體享元角色實現自己的業務邏輯，然后接收外部狀態，以便內部業務邏輯對外部狀態的依賴。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

3.享元工廠。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

public class FlyweightFactory {    //定義一個池容器    private static Map<String, Flyweight> pool = new HashMap<>();    //享元工廠    public static Flyweight getFlyweight(String extrinsic) {        //需要返回的對象        Flyweight flyweight;        //在池中沒有該對象        if (pool.containsKey(extrinsic)) {            flyweight = pool.get(extrinsic);        } else {            //根據外部狀態創建享元對象            flyweight = new ConcreteFlyweight1(extrinsic);            //放置到池中            pool.put(extrinsic, flyweight);        }        return flyweight;    }}

4.客戶端調用eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

public static void main(String[] args) {        Flyweight flyweight1 = FlyweightFactory.getFlyweight("hello world");        System.out.println(flyweight1.hashCode());        Flyweight flyweight2 = FlyweightFactory.getFlyweight("hello world");        System.out.println(flyweight2.hashCode());    }    Output:    1705736037    1705736037

可以發現對象打印的 hashCode 一致，說明對象得到了復用。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

Tips：外部狀態最好以Java的基本類型作為標志，如String、int等，可以大幅地提升效率。如果使用自己編寫的類作為外部狀態，則必須覆寫equals方法和hashCode方法，否則會出現通過鍵值搜索失敗的情況，例如map.get(object)、map.contains(object)等會返回失敗的結果。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

線程安全問題

享元模式在多線程環境下可能存在線程安全問題，主要原因是享元對象的內部狀態和外部狀態被多個線程共享和修改，可能導致數據競爭和不一致性。具體來說，如果多個線程同時嘗試修改同一個享元對象的外部狀態，就會引發線程安全問題。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

下面是示例代碼：eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

public static void main(String[] args) {        for (int i = 0; i < 10; i++) {            new Thread(() -> {                Flyweight flyweight1 = FlyweightFactory.getFlyweight("hello world");                Flyweight flyweight2 = FlyweightFactory.getFlyweight("hello world");                System.out.println(flyweight1 == flyweight2);            }).start();        }    }Output:truefalsetruetruetruetruetruetruetruetrue

這段代碼展示了多線程環境下使用享元模式的示例。在 main 方法中，通過循環創建了 10 個線程，在每個線程中嘗試獲取表示 "hello world" 的享元對象，并比較兩個獲取的對象是否相等。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

可以觀察到輸出中存在 false，說明對象不一樣了，存在線程安全問題。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

要想實現線程安全，需要對享元工廠類稍加改造，代碼如下：eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

public class FlyweightFactory {    //定義一個池容器    private static Map<String, Flyweight> pool = new ConcurrentHashMap<>();    //享元工廠    public static synchronized Flyweight getFlyweight(String extrinsic) {        Flyweight flyweight = pool.putIfAbsent(extrinsic, new ConcreteFlyweight1(extrinsic));        if (flyweight == null) {            return pool.get(extrinsic);        }        return flyweight;    }}

這樣就解決了線程安全問題，不過性能上會有所降低，在需要的地方考慮一下線程安全即可，在大部分的場景下都不用考慮。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

總結

享元模式通過共享相似對象來減少內存消耗，提高系統性能。它適用于存在大量相似對象且造成內存浪費的場景，但需要注意對內部狀態和外部狀態的管理。合理應用享元模式可以有效優化系統架構，提升性能。eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

優點eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

• 大幅減少內存使用，提高系統性能，實現了對象的復用，節約資源。
• 在一定程度上實現了對象狀態的外部化，方便對對象狀態的管理和維護。

缺點eYq28資訊網——每日最新資訊28at.com

• 對象狀態的外部化可能導致系統不穩定，需要謹慎設計。
• 提高了系統的復雜度，需要分離出外部狀態和內部狀態，而且外部狀態具有固有化的性質，不應該隨著內部狀態的變化而變化，否則會造成系統的混亂。

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