享元模式

享元模式允许在对象之间共享相同的状态，从而减少内存占用。享元模式的核心思想是将对象的状态分为内部状态和外部状态，其中内部状态是可以共享的，而外部状态是不可共享的。

备注

简而言之，享元模式就是将多个对象间共享的状态提取出来并封装到一个新的对象中，而原始对象则包含对这个新对象的引用，从而实现状态复用。

结构

享元模式示意图

享元模式中，FlyweightFactory 用于创建和管理享元对象，通过维护一个享元对象的缓存池来实现创建、维护和共享。Flyweight 是享元对象的接口，维护内部状态；Context 是上下文，代表内部状态和外部状态的组合。

示例

如果要类比的话，枚举类型就是享元模式的一种实现。枚举类型类似于提前定义了一系列状态对象，而枚举类型本身则是享元工厂，通过枚举值来获取对应的状态对象。

备注

对享元对象的操作可以定义在享元对象内部，也可以定义在上下文中。

应用场景

• 仅当对象的多个实例之间存在共享状态时

优缺点

优点

• 可以节省大量内存

缺点

• 引入了共享状态，可能会导致并发安全问题
• 牺牲执行速度来换取内存
• 代码变得不直观

代码示例

下面的代码示例展示了一个使用享元模式的 Python 示例，其中 DoorSpec 作为享元对象，DoorSpecFactory 作为享元工厂，Door 作为享元对象的上下文。assert 语句用于验证享元对象是否被正确共享。

# [x] Pattern: Flyweight
# To share common state between multiple objects

# Why we use it
# When we want to share common state between multiple objects

from dataclasses import dataclass


@dataclass
class DoorSpec:
    width: int
    height: int


class DoorSpecFactory:
    def __init__(self):
        self._door_specs = {}

    def get_door_spec(self, width: int, height: int) -> DoorSpec:
        key = (width, height)
        if key not in self._door_specs:
            self._door_specs[key] = DoorSpec(width, height)
        return self._door_specs[key]


@dataclass
class Door:
    id: int
    spec: DoorSpec

    def area(self) -> int:
        return self.width * self.height


def main():
    door_spec_factory = DoorSpecFactory()
    door1 = Door(1, door_spec_factory.get_door_spec(100, 200))
    door2 = Door(2, door_spec_factory.get_door_spec(100, 200))
    door3 = Door(3, door_spec_factory.get_door_spec(200, 300))
    assert door1.spec is door2.spec
    assert door2.spec is not door3.spec


if __name__ == "__main__":
    main()