设计模式（十一）享元

一、定义

运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用，享元模式是一种结构型模式。

二、描述

享元模式要求能够共享的对象必须是细粒度对象，因此它又称为轻量级模式。享元模式的结构较为复杂，一般结合工厂模式一起使用，在其结构图中包含了一个享元工厂类，包含以下四个角色：
1、Flyweight（抽象享元类）：它通常是一个接口或抽象类，在抽象享元类中声明了具体享元类的公共方法，这些方法可以向外界提供享元对象的内部数据（内部状态），同时也可以通过这些方法设置外部数据（外部状态）
2、ConcreteFlyweight（具体享元类）：它实现了抽象享元类，其实例称为享元对象，并在具体享元类中为内部提供了存储空间。通常可以结合单例模式来设计具体享元类，为每一个具体享元类提供唯一的享元对象
3、UnsharedConcreteFlyweight（非共享具体享元类）：并不是所有的抽象享元类的子类都需要被共享，用户可以将不能被共享的子类可设计为非共享具体享元类，当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建。
4、FlyweightFactory（享元工厂类）：用于创建并管理享元对象，它针对抽象享元类编程，将各种类型的具体享元对象存储在一个享元池中，一般设计为一个存储键值对的集合（也可以是其他类型的集合），可以结合工厂模式设计。当用户请求一个具体享元对象时，享元工厂提供一个存储在享元池中已创建的实例或者创建一个新的实例（如果不存在），返回新创建的实例并将其存储在享元池中。

三、例子

X公司欲开发一个围棋软件，通过分析，发现在围棋棋盘中包含大量的黑子和白子，它们的形状、大小都一模一样，只是出现的位置不同而已。如果将每一个棋子都作为一个独立的对象存储在内存中，将可能导致该围棋软件在运行时所需要的内存空间较大。用享元模式来设计该软件，降低运行代价、提高系统性能。
IgoChessman：抽象享元类

public abstract class IgoChessman
{
    public abstract string GetColor();

    public void Display(Coordinates coord)
    {
        Console.WriteLine("棋子颜色：{0}，棋子位置：{1}", GetColor(), coord.X + "," + coord.Y);
    }
}

/// <summary>
/// 外部状态：棋子坐标
/// </summary>
public class Coordinates
{
    public int X { get; set; }
    public int Y { get; set; }

    public Coordinates()
    {

    }

    public Coordinates(int x, int y)
    {
        this.X = x;
        this.Y = y;
    }
}

BlackIgoChessman、WhiteIgoChessman：黑棋、白棋享元类，充当具体享元类

public class BlackIgoChessman : IgoChessman
{
    public override string GetColor()
    {
        return "黑色";
    }
}

public class WhiteIgoChessman : IgoChessman
{
    public override string GetColor()
    {
        return "白色";
    }
}

IgoChessmanFactory：享元工厂类

public class IgoChessmanFactory
{
    private static readonly IgoChessmanFactory instance = new IgoChessmanFactory(); // 使用单例模式实现享元
    private static Hashtable ht;    // 使用Hashtable来存储享元对象，充当享元池

    private IgoChessmanFactory()
    {
        ht = new Hashtable();
        IgoChessman blackChess = new BlackIgoChessman();
        ht.Add("b", blackChess);
        IgoChessman whiteChess = new WhiteIgoChessman();
        ht.Add("w", whiteChess);
    }

    public static IgoChessmanFactory GetInstance()
    {
        return instance;
    }

    public IgoChessman GetIgoChessman(string color)
    {
        IgoChessman chess = ht[color] as IgoChessman;
        return chess;
    }
}

Program：客户端测试类

// 获取享元工厂
IgoChessmanFactory chessFactory = IgoChessmanFactory.GetInstance();
// 通过享元工厂获取3颗黑子
IgoChessman blackChess1 = chessFactory.GetIgoChessman("b");
IgoChessman blackChess2 = chessFactory.GetIgoChessman("b");
IgoChessman blackChess3 = chessFactory.GetIgoChessman("b");

Console.WriteLine("判断两颗黑子是否相同：{0}", object.ReferenceEquals(blackChess1, blackChess2));
// 通过享元工厂获取2颗白子
IgoChessman whiteChess1 = chessFactory.GetIgoChessman("w");
IgoChessman whiteChess2 = chessFactory.GetIgoChessman("w");

Console.WriteLine("判断两颗白子是否相同：{0}", object.ReferenceEquals(whiteChess1, whiteChess2));
// 显示棋子
blackChess1.Display(new Coordinates(1,2));
blackChess2.Display(new Coordinates(3, 4));
blackChess3.Display(new Coordinates(1, 3));
whiteChess1.Display(new Coordinates(2, 5));
whiteChess2.Display(new Coordinates(2, 4));

四、总结

1、优点

（1）可以极大减少内存中对象的数量，使得相同或相似对象在内存中只有一份，节省系统资源，提高系统性能。
（2）外部状态相对独立，不会影响内部状态，使享元对象可以在不同的环境中被共享。

2、缺点

（1）系统变的复杂，需要分离内外部状态，使程序的逻辑复杂化。
（2）为了使对象可以共享，享元模式需要将享元对象的部分状态外部化，而读取外部状态将使得运行时间变长。