面试题：Java享元模式在高并发场景下的优化

可能遇到的问题

线程安全问题：
- 享元对象如果是共享的可变对象，多个线程同时访问和修改时可能导致数据不一致。例如，一个共享的文本格式享元对象，多个线程同时尝试修改其字体颜色属性，可能导致最终颜色状态混乱。
资源竞争问题：
- 在高并发场景下，对享元池资源的获取和释放可能成为性能瓶颈。比如，多个线程同时请求获取相同类型的享元对象，可能造成等待，降低系统整体性能。
内存压力问题：
- 虽然享元模式旨在减少内存消耗，但在高并发且长时间运行的应用中，如果享元对象不能及时释放，可能导致内存持续增长，最终引发内存溢出。例如，大量临时使用的享元对象一直保留在享元池中，未被回收。

优化方法

线程安全机制：
- 不可变享元对象：将享元对象设计为不可变对象，这样多个线程访问时无需额外同步机制。例如，对于表示颜色的享元对象，一旦创建其颜色值就不可改变。代码示例：

public final class ColorFlyweight {
    private final String color;
    public ColorFlyweight(String color) {
        this.color = color;
    }
    public String getColor() {
        return color;
    }
}

同步访问享元池：在享元池的获取和释放操作上使用同步机制。可以使用 synchronized 关键字或者 ConcurrentHashMap 等线程安全的集合类来管理享元池。示例代码使用 ConcurrentHashMap：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.ConcurrentMap;

public class FlyweightFactory {
    private static final ConcurrentMap<String, Flyweight> flyweightMap = new ConcurrentHashMap<>();
    public static Flyweight getFlyweight(String key) {
        return flyweightMap.computeIfAbsent(key, k -> new ConcreteFlyweight(k));
    }
}

资源管理：
- 使用弱引用或软引用：对于享元对象，可以使用 WeakReference 或 SoftReference 来管理，这样在内存不足时，享元对象可能被垃圾回收机制回收，避免内存溢出。例如：

import java.lang.ref.WeakReference;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class WeakFlyweightFactory {
    private static final Map<String, WeakReference<Flyweight>> flyweightMap = new HashMap<>();
    public static Flyweight getFlyweight(String key) {
        WeakReference<Flyweight> weakReference = flyweightMap.get(key);
        Flyweight flyweight = weakReference!= null? weakReference.get() : null;
        if (flyweight == null) {
            flyweight = new ConcreteFlyweight(key);
            flyweightMap.put(key, new WeakReference<>(flyweight));
        }
        return flyweight;
    }
}

设置享元对象的生命周期：为享元对象设置合理的生命周期，例如使用定时器定期清理长时间未使用的享元对象。可以使用 ScheduledExecutorService 来实现：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class FlyweightManager {
    private static final Map<String, Long> lastUsedMap = new HashMap<>();
    private static final Map<String, Flyweight> flyweightMap = new HashMap<>();
    private static final ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();

    static {
        executor.scheduleAtFixedRate(() -> {
            long currentTime = System.currentTimeMillis();
            lastUsedMap.entrySet().removeIf(entry -> currentTime - entry.getValue() > 60000); // 60秒未使用则移除
            lastUsedMap.keySet().forEach(key -> flyweightMap.remove(key));
        }, 0, 10, TimeUnit.SECONDS);
    }

    public static Flyweight getFlyweight(String key) {
        Flyweight flyweight = flyweightMap.get(key);
        if (flyweight!= null) {
            lastUsedMap.put(key, System.currentTimeMillis());
        } else {
            flyweight = new ConcreteFlyweight(key);
            flyweightMap.put(key, flyweight);
            lastUsedMap.put(key, System.currentTimeMillis());
        }
        return flyweight;
    }
}

面试题：Java享元模式在高并发场景下的优化

知识考点

面试题答案

可能遇到的问题

优化方法