Java 設計模式：享元模式（Flyweight Pattern）優化記憶體與性能

什麼是享元模式？

享元模式屬於結構型模式，核心目標是通過共享技術有效地支持大量細粒度對象，避免大量相似對象的開銷（如內存消耗）。適用於「大量相似對象、狀態可分離」的場景。

核心概念：內部狀態 vs 外部狀態

• 內部狀態：可共享、不隨環境變化的數據（如字符的字形、CD 的歌手名）。存儲於享元對象內，不可變。
• 外部狀態：不可共享、隨環境變化的數據（如字符的位置、CD 的標題/年份）。由客戶端維护，調用時傳入。

模式結構

• Flyweight（抽象享元）：定義操作介面，接收外部狀態參數。
• ConcreteFlyweight（具體享元）：實現介面，存儲內部狀態，線程安全。
• UnsharedConcreteFlyweight（非共享享元）：不需共享的對象，直接實現介面。
• FlyweightFactory（享元工廠）：管理享元池，提供 getFlyweight(key) 獲取/創建共享對象。

代碼實戰：CD 收藏管理

場景：數萬張 CD，歌手名大量重複。將「歌手」作為享元共享。

// 1. 內部狀態：歌手（不可變，可共享）
class Artist {
    private final String name; // 內部狀態
    public Artist(String name) { this.name = name; }
    public String getName() { return name; }
}

// 2. 享元工廠：管理歌手池
class ArtistFactory {
    private Map pool = new HashMap<>();
    public Artist getArtist(String name) {
        return pool.computeIfAbsent(name, Artist::new);
    }
}

// 3. 外部狀態：CD 標題、年份（不共享）
class CD {
    private String title;
    private int year;
    private Artist artist; // 引用共享歌手
    // getter/setter...
}

// 4. 使用
ArtistFactory factory = new ArtistFactory();
CD cd1 = new CD("Album1", 2000, factory.getArtist("Jay Chou"));
CD cd2 = new CD("Album2", 2005, factory.getArtist("Jay Chou")); // 同一 Artist 實例
System.out.println(cd1.getArtist() == cd2.getArtist()); // true，節省內存

XML 數據解析場景

解析大量 XML 記錄時，重複字符串（如標籤名、枚舉值）可放入享元池，顯著降低內存佔用，提升解析速度。

優缺點與注意點

Java 標準庫應用

• Integer.valueOf(-128~127) 緩存池。
• String.intern() 字符串常量池。
• Boolean.valueOf() 只返回兩個實例。

享元模式是「空間換時間」的經典體現，大數據、高併發場景下極具價值。