12 享元（结构型）

12 享元 · Flyweight（结构型）

结构型收官。这一篇是唯一一个为“性能/内存”而生的模式——当对象多到以百万计，它教你怎么把它们塞进有限的内存。

"Flyweight“是拳击里的”蝇量级“(最轻量级)。这个名字本身就在说：让每个对象尽可能轻。

一、这是什么：游戏地图里的一片森林

你在做一个游戏，地图上要渲染一百万棵树。每棵树对象都存：名称、颜色、纹理贴图(可能几 MB)、加上自己的坐标。一百万棵 × 每棵几 MB = 内存直接爆炸。

但你冷静看一眼：这一百万棵树，其实翻来覆去就那么几种——松树、枫树、橡树。同一种松树，它们的名称、颜色、纹理完全一样，唯一不同的只是长在哪(坐标)。

那还存一百万份纹理干嘛？把“松树的名称/颜色/纹理”只存一份，让所有松树共享；每棵树自己只留一个坐标 + 一个指向“松树数据”的引用。 一百万棵树，纹理数据却只有 3 份。这就是享元。

配套代码正是这个森林：TreeType(名称/颜色/纹理)被共享，种 5 棵树只创建了 2 个 TreeType。

二、解决什么痛：海量对象，状态大量重复

痛点很硬核，就是内存：

• 对象数量巨大(百万级的树、编辑器里每个字符、地图上每个图标)。
• 这些对象的状态，很大一部分是重复的(同种树的纹理、同个字母的字形数据)。
• 如果每个对象都完整存一份，内存被大量重复数据吃光。

享元的破解思路，是把对象的状态劈成两半：

三、怎么实现：享元工厂管缓存，复用内在状态

实现有两个要件：一个不可变的享元对象(存内在状态)，一个享元工厂(缓存已创建的享元，相同的直接复用)。

// 享元:内在状态(可共享),相同名称/颜色/纹理的树共用一个实例
type TreeType struct {
	Name, Color, Texture string      // ← 内在状态,不可变
}

// 享元工厂:缓存并复用,相同内在状态绝不重复创建
type TreeFactory struct {
	types map[string]*TreeType
}
func (f *TreeFactory) GetTreeType(name, color, texture string) *TreeType {
	key := name + "|" + color + "|" + texture
	if t, ok := f.types[key]; ok {
		return t                     // ← 已有,直接复用同一个对象
	}
	t := &TreeType{name, color, texture}
	f.types[key] = t                 // ← 没有,创建并缓存
	return t
}

// 树:外在状态(坐标) + 指向共享内在状态的引用
type Tree struct {
	X, Y int                         // ← 外在状态,每棵不同
	Type *TreeType                   // ← 引用共享的内在状态
}

结果：种了 5 棵树，TreeType 只造了 2 个(松树、枫树各一)，其余全是共享引用。树的数量再翻万倍，TreeType 还是那 2 个。内存占用从“棵数 × 完整数据”降到“棵数 × 一个指针 + 极少数几份完整数据”。

四、有哪些坑

• 划分内在/外在状态是全部难点。 划错了，享元就失效甚至出 bug。判据：在实例间会变的，一定是外在状态，不能塞进共享对象；实例间恒定的，才是内在状态。上面若手滑把坐标放进 TreeType，那所有树就会共享同一个坐标，全叠在一个点上——灾难。
• 享元对象必须不可变。 既然被无数实例共享，谁都不能改它——改一个等于改所有。共享对象一旦可变，就是并发和逻辑双重噩梦。内在状态创建后只读，是铁律。
• 只有对象数量巨大时才划算。 享元引入了工厂、缓存、内外状态分离的复杂度。对象就几十个？这套开销纯亏，直接每个存一份更清晰。它是“以复杂度换内存”的交易，只有内存真的紧张、对象真的海量时才成立。
• 共享带来的线程安全。 多线程访问同一个享元工厂的缓存 map，要加锁(Go 里 map 并发写会 panic)。共享的东西越多，并发考量越重。

五、开源里怎么用

• Java Integer.valueOf() 的缓存池 —— 面试常客，享元实锤。 Java 对 -128 ~ 127 的 Integer 做了缓存：Integer.valueOf(100) 多次调用返回同一个对象。所以 Integer a = 100, b = 100; a == b 是 true，而 200 == 200(超出缓存范围)却是 false——这个著名的“坑”，本质就是享元池。Boolean、Character、短 Long 都有类似缓存。
• 字符串驻留(String Interning):Java 的字符串常量池、Go/Python 对字符串字面量的驻留，让内容相同的字符串共享一份存储——享元思想在语言运行时层面的落地。
• 文字排版/浏览器渲染：一个字体里字母 a 的字形(glyph)轮廓数据只存一份，页面上出现一万个 a，共享这一份字形，各自只带位置和大小——GoF 原书举的正是文档编辑器这个例子。
• 游戏引擎：粒子系统、植被系统、地图瓦片(tile)，海量重复元素共享网格/纹理/材质(内在状态)，各自只带变换矩阵(外在状态)。没有享元，开放世界游戏的内存根本扛不住。

结构型七连，收工。 回看这一组主线：它们全在管“怎么把对象拼成更大的结构还不别扭”——适配器/装饰器/代理/外观管“包装”，桥接管“多维度”，组合管“树”，享元管“海量共享”。

下一章进入最大的一族行为型(11 个)：对象都造好、也拼好了，现在研究它们之间怎么分工、怎么通信、怎么协作。第一个出场的是行为型里最实用、也最能体现“面向接口编程”的——策略模式。