享元工厂为什么重要？对象池和缓存应该怎么设计？

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享元工厂负责统一创建、缓存和复用享元对象，是享元模式能否生效的关键。它通常用 Map 根据内部状态 key 管理对象池，并需要考虑 key 设计、线程安全、缓存大小和生命周期。

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如果客户端可以随意 new 享元对象，共享就无法保证。因此享元模式通常需要一个工厂：

根据内部状态生成唯一 key。
查询对象池是否已有实例。
已有则返回。
没有则创建、缓存并返回。

设计享元工厂时要注意：key 必须能准确代表内部状态；缓存不能无限膨胀；多线程场景要使用线程安全容器或同步控制；享元对象最好不可变。

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一、为什么需要享元工厂

享元模式的核心是共享。如果对象创建入口散落在各处，系统很难保证同样内部状态只创建一份。

享元工厂把创建入口集中起来：

Flyweight fw = factory.get(key);

客户端不直接关心对象是否已经存在，只向工厂请求。工厂决定返回已有对象还是创建新对象。

二、对象池的基本结构

最常见的对象池是一个 Map：

class FlyweightFactory {
    private final Map<String, Flyweight> pool = new HashMap<>();

    public Flyweight get(String key) {
        return pool.computeIfAbsent(key, ConcreteFlyweight::new);
    }
}

key 代表内部状态。相同 key 返回同一个享元对象。

三、key 设计很关键

key 必须完整表达内部状态。

例如树类型由树种、颜色、纹理决定，key 就不能只用树种。如果只用树种，绿色松树和黄色松树可能被错误复用。

常见 key 设计方式：

简单字符串拼接，适合字段少、格式稳定的场景。
使用不可变值对象作为 key，适合字段多的场景。
使用枚举，适合内部状态集合固定的场景。

值对象作为 key 时，要正确实现 equals() 和 hashCode()。

四、线程安全怎么处理

如果多个线程同时访问享元工厂，普通 HashMap 可能出现并发问题。

可以使用 ConcurrentHashMap：

class FontFactory {
    private final ConcurrentHashMap<FontKey, FontStyle> pool = new ConcurrentHashMap<>();

    public FontStyle get(FontKey key) {
        return pool.computeIfAbsent(key, FontStyle::new);
    }
}

computeIfAbsent 能减少重复创建风险。需要注意的是，创建函数本身不应该有复杂副作用，否则并发下排查问题会变麻烦。

五、缓存大小和生命周期

享元池不是越大越好。如果 key 种类无限增长，享元池可能变成内存泄漏源。

比如以用户输入的任意字符串作为 key，如果字符串种类非常多，缓存会持续膨胀。

可以考虑：

限制享元对象种类。
使用 LRU 缓存。
使用弱引用或软引用，但要理解回收时机不稳定。
定期清理长时间不用的享元。
只对高频重复对象使用享元。

六、享元对象是否允许修改

享元对象最好不可变。如果享元对象允许修改内部状态，所有共享它的客户端都会受到影响。

例如共享字体样式对象，如果某个地方修改了字号，其他所有使用该样式的字符都会被影响。这种问题非常隐蔽。

因此享元对象的字段通常用 final，并避免暴露可变集合。

七、工厂和业务逻辑的边界

享元工厂只负责对象复用，不应该承载复杂业务流程。

例如通知模板享元工厂可以根据模板 ID 返回模板对象，但不应该在工厂里判断用户权限、发送频率、业务状态。那些逻辑属于应用服务或业务对象。

工厂越纯粹，享元池越容易测试和维护。

八、常见误区与追问

享元工厂不仅保存对象，还必须保证同一键映射到同一语义实例。并发线程同时请求 key=A 时，如果用普通 get 后 put，可能短暂创建2个对象；computeIfAbsent 可让映射创建原子化，但映射函数本身仍应轻量且无递归更新。键还必须包含全部内部状态维度。

检查维度	判定依据
缓存命中	返回已有不可变享元
缓存未命中	按完整键创建并安全发布

key -> Factory Map -> shared Flyweight

易错点：唯一性是“按语义键唯一”，不是整个系统永远只有一个享元。

误区：享元工厂必须永久保存所有实例。 键空间无界时需要容量限制、弱引用或淘汰策略。
追问：为什么键不能只用显示名称？ 若字体大小也属于内部状态，漏进键会返回语义错误的共享对象。
误区：ConcurrentHashMap 能让享元内部线程安全。 它只保护映射访问，共享对象自身仍应不可变或同步。
追问：computeIfAbsent 会执行几次创建函数？ 并发实现以映射结果原子性为目标，函数不应依赖可观察副作用。
追问：如何测试工厂？ 相同键断言同一引用，不同内部状态键断言语义不同，并做并发请求测试。

九、加强记忆

享元工厂是“共享入口”：它用 key 找内部状态，用 Map 管对象池，用线程安全和生命周期策略保证共享可控。没有统一工厂，享元模式很容易退化成各处随意创建对象。

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