如何手写一个享元模式？Java 代码怎么实现？

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手写享元模式一般分三步：定义享元接口，把可共享的内部状态放入具体享元类，再用享元工厂缓存对象。客户端从工厂获取享元，并在调用时传入外部状态。

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以“游戏地图树木渲染”为例：

TreeType 是享元对象，保存树种、颜色、纹理等内部状态。
TreeFactory 是享元工厂，根据树种 key 复用 TreeType。
Tree 或地图对象保存坐标等外部状态。
渲染时调用 treeType.draw(x, y)。

这样即使地图上有 10 万棵树，也只需要少量 TreeType 实例。

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一、定义享元对象

享元对象保存内部状态：

class TreeType {
    private final String name;
    private final String color;
    private final String texture;

    public TreeType(String name, String color, String texture) {
        this.name = name;
        this.color = color;
        this.texture = texture;
    }

    public void draw(int x, int y) {
        System.out.println("在 (" + x + "," + y + ") 绘制 "
                + name + "，颜色：" + color + "，纹理：" + texture);
    }
}

这里 name、color、texture 是大量树木可共享的信息。

二、编写享元工厂

享元工厂负责缓存和复用：

class TreeFactory {
    private static final Map<String, TreeType> CACHE = new HashMap<>();

    public static TreeType getTreeType(String name, String color, String texture) {
        String key = name + ":" + color + ":" + texture;
        return CACHE.computeIfAbsent(key, k -> new TreeType(name, color, texture));
    }

    public static int size() {
        return CACHE.size();
    }
}

同样的树种、颜色和纹理只创建一次。后续请求直接返回缓存中的享元对象。

三、定义外部状态对象

外部状态可以放在普通对象中：

class Tree {
    private final int x;
    private final int y;
    private final TreeType type;

    public Tree(int x, int y, TreeType type) {
        this.x = x;
        this.y = y;
        this.type = type;
    }

    public void draw() {
        type.draw(x, y);
    }
}

Tree 不是享元对象，它代表地图上的一棵具体树，保存坐标。TreeType 才是享元。

四、客户端使用

public class FlyweightDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<Tree> trees = new ArrayList<>();

        TreeType pine = TreeFactory.getTreeType("松树", "绿色", "pine.png");
        TreeType oak = TreeFactory.getTreeType("橡树", "深绿", "oak.png");

        trees.add(new Tree(10, 20, pine));
        trees.add(new Tree(30, 40, pine));
        trees.add(new Tree(50, 60, oak));

        for (Tree tree : trees) {
            tree.draw();
        }

        System.out.println("享元对象数量：" + TreeFactory.size());
    }
}

这里有 3 棵树，但只有 2 个树类型享元对象。

五、为什么不是把 Tree 全部共享

地图上的每棵 Tree 坐标不同，不能全部共享。真正重复的是 TreeType。

如果把 Tree 也做成共享对象，就会遇到坐标覆盖问题。享元模式不是盲目共享所有对象，而是共享对象中可复用的部分。

六、并发环境怎么处理

如果享元工厂会被多线程访问，HashMap 不是线程安全的。可以改用 ConcurrentHashMap：

class SafeTreeFactory {
    private static final ConcurrentHashMap<String, TreeType> CACHE = new ConcurrentHashMap<>();

    public static TreeType getTreeType(String name, String color, String texture) {
        String key = name + ":" + color + ":" + texture;
        return CACHE.computeIfAbsent(key, k -> new TreeType(name, color, texture));
    }
}

同时，享元对象内部状态尽量保持不可变，避免共享后被并发修改。

七、常见误区与追问

实现时应把外部状态放在方法参数，而不是写回共享对象。假设1000棵树只有3种纹理，工厂最多创建3个 TreeType，每棵树的位置 x、y 保存在场景节点；绘制时调用 type.draw(x,y)。若 draw 修改 type 的坐标字段，并发绘制就会互相污染。

检查维度	判定依据
TreeType	纹理、颜色等内部状态
Tree	坐标等每个实例独有的外部状态

1000 Tree -> 3 shared TreeType

记忆钩子：享元对象带“模板”，调用现场带“位置”。

误区：享元类必须实现 clone。 共享依赖复用同一实例，不需要通过克隆创建副本。
追问：外部状态应该由谁保存？ 通常由上下文对象、集合记录或调用者计算后传入。
误区：享元接口可以暴露 setter。 可变 setter 会破坏共享安全，优先构造后不可变。
追问：工厂为何返回接口而非具体类？ 可隐藏共享策略，并允许非共享的 ConcreteFlyweight。
追问：如何估算节省量？ 比较 N 个完整对象与 N 个外部状态加 K 个共享内部对象的总内存。

八、加强记忆

手写享元模式记住四步：找重复状态，做成不可变享元；建工厂，用 Map 缓存；外部状态留给客户端；调用时把外部状态传给享元方法。

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