结构型——享元模式

享元模式

享元模式的核心思想是通过共享技术减少大量细粒度对象的创建，降低内存占用并提升性能。换句话说，它通过分离对象的内部状态（可共享的固有属性）和外部状态（随场景变化的属性）实现对象复用。

特点

• 对象复用：通过共享池管理可复用的对象，避免重复创建
• 内存优化：减少内存占用，提升性能
• 状态分离：
  • 内部状态：对象固有的、可共享的属性
  • 外部状态：对象依赖外部环境的参数，随场景变化的属性

模式结构

角色	描述
抽象享元 (Flyweight)	定义享元对象的接口，声明一个用于外部状态的接口
具体享元 (ConcreteFlyweight)	实现抽象享元接口，定义内部状态，通常为不可变的
享元工厂 (FlyweightFactory)	创建和存储享元对象的工厂类，确保相同内部状态的对象唯一
客户端 (Client)	维护外部状态，通过享元工厂获取享元对象并调用其方法

简单示例

# 抽象享元对象
class AirplaneInterface:                                 def flight_route(self, city_a, city_b): pass         # 外部状态由参数传递# 具体享元对象
class Airplane(AirplaneInterface):def __init__(self, manufacturer, model):self.manufacturer = manufacturer                 # 固有的属性self.model = model                               # 固有的属性def flight_route(self, city_a, city_b):              # 外部状态由参数传递print(f"{self.manufacturer} {self.model} is flying from {city_a} to {city_b}.")# 享元工厂
class AirplaneFactory:_airplanes = {}                                      # 享元池@classmethoddef get_airplane(cls, manufacturer, model):if f"{manufacturer} {model}" not in cls._airplanes:cls._airplanes[f"{manufacturer} {model}"] = Airplane(manufacturer, model)return cls._airplanes[f"{manufacturer} {model}"]# 客户端代码
if __name__ == "__main__":factory = AirplaneFactory()B787 = factory.get_airplane("Boeing", "787")B787.flight_route("New York", "Los Angeles")# Boeing 787 is flying from New York to Los Angeles.B747 = factory.get_airplane("Boeing", "747")B747.flight_route("Tokyo", "Shanghai")# Boeing 747 is flying from Tokyo to Shanghai.# 验证享元池中只有两个对象B787_2 = factory.get_airplane("Boeing", "787")print(f"B787 和 B787_2 是同一个对象: {B787 is B787_2}")# B787 和 B787_2 是同一个对象: TrueB747_2 = factory.get_airplane("Boeing", "747")print(f"B747 和 B747_2 是同一个对象: {B747 is B747_2}")# B747 和 B747_2 是同一个对象: Trueprint(f"享元池中享元对象的数量: {len(factory._airplanes)}")# 享元池中享元对象的数量: 2

应用场景

• 存在大量相似对象时（图型渲染、样式配置）
• 对象大部分状态可外部化，且外部状态变化频繁时（数据库连接对象）

优缺点

• 优点：
  • 内存减少，性能提升
  • 支持大规模细粒度对象管理
• 缺点
  • 内外状态分离，提高了代码复杂度
  • 共享对象要求线程安全

享元模式 VS 单例模式

维度	享元模式	单例模式
核心目的	共享内部状态减少对象创建，减少内存占用	保证全局唯一
对象数量	允许存在多个实例（但相同内部状态的实例唯一）	严格要求只有一个实例
状态管理	区分内部状态（共享）和外部状态（客户端传递）	所有状态都为内部状态，但全局共享
线程安全	需要注意	懒汉式需要，饿汉式不需要
设计复杂度	需要先区分内外状态，设计共享池	简单
应用场景	存在大量相似对象时	全局唯一对象