设计模式 - 享元模式

概述

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，它通过共享大量细粒度对象来减少内存使用和提高性能。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，内部状态是可以共享的，而外部状态是可以变化的。通过共享内部状态，享元模式可以显著减少内存消耗。

结构

享元模式包含以下几个角色：

1. 享元（Flyweight）：定义享元对象的接口，通过这个接口，享元可以接受并作用于外部状态。
2. 具体享元（ConcreteFlyweight）：实现享元接口，并为内部状态增加存储空间。
3. 非共享具体享元（UnsharedConcreteFlyweight）：并不是所有的享元对象都可以共享，非共享享元类是不能被共享的。
4. 享元工厂（FlyweightFactory）：创建并管理享元对象，确保合理地共享享元。

示例代码

假设我们有一个应用程序需要绘制大量的树对象，每棵树的类型和颜色是相同的，但位置不同。
代码地址

享元接口

public interface ITree
{
    void Display(int x, int y);
}

具体享元

public class Tree : ITree
{
    private string _type;
    private string _color;

    public Tree(string type, string color)
    {
        _type = type;
        _color = color;
    }

    public void Display(int x, int y)
    {
        Console.WriteLine($"Tree of type {_type} and color {_color} is at ({x}, {y})");
    }
}

享元工厂

public class TreeFactory
{
    private Dictionary<string, ITree> _trees = new Dictionary<string, ITree>();

    public ITree GetTree(string type, string color)
    {
        string key = $"{type}_{color}";
        if (!_trees.ContainsKey(key))
        {
            _trees[key] = new Tree(type, color);
        }
        return _trees[key];
    }
}

客户端代码

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        TreeFactory treeFactory = new TreeFactory();

        ITree tree1 = treeFactory.GetTree("Oak", "Green");
        tree1.Display(10, 20);

        ITree tree2 = treeFactory.GetTree("Pine", "Green");
        tree2.Display(30, 40);

        ITree tree3 = treeFactory.GetTree("Oak", "Green");
        tree3.Display(50, 60);

        // tree1 和 tree3 是同一个实例
        Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(tree1, tree3)); // 输出: True
    }
}

应用场景

享元模式适用于以下场景：

1. 当一个系统有大量相似对象时，可以使用享元模式来减少内存消耗。
2. 当对象的大多数状态可以外部化时，可以使用享元模式。
3. 当系统中需要大量细粒度对象时，可以使用享元模式。

优缺点

优点

• 减少内存消耗：通过共享对象，享元模式可以显著减少内存消耗。
• 提高性能：由于减少了内存消耗，享元模式可以提高系统的性能。
  缺点
• 增加系统复杂性：享元模式引入了共享对象的概念，增加了系统的复杂性。
• 需要区分内部状态和外部状态：使用享元模式时，需要仔细区分对象的内部状态和外部状态。