享元（Flyweight）模式

一、 享元（Flyweight）模式
Flyweight在拳击比赛中指最轻量级，即"蝇量级"，有些作者翻译为"羽量级"。这里使用"享元模式"更能反映模式的
用意。
享元模式以共享的方式高效地支持大量的细粒度对象。享元对象能做到共享的关键是区分内蕴状态（Internal State）
和外蕴状态（External  State）。内蕴状态是存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改变。因此内蕴状态并可以
共享。
外蕴状态是随环境改变而改变的、不可以共享的状态。享元对象的外蕴状态必须由客户端保存，并在享元对象被创建
之后，在需要使用的时候再传入到享元对象内部。外蕴状态与内蕴状态是相互独立的。
享元模式的应用
享元模式在编辑器系统中大量使用。一个文本编辑器往往会提供很多种字体，而通常的做法就是将每一个字母做成一
个享元对象。享元对象的内蕴状态就是这个字母，而字母在文本中的位置和字模风格等其他信息则是外蕴状态。比如，
字母a 可能出现在文本的很多地方，虽然这些字母 a的位置和字模风格不同，但是所有这些地方使用的都是同一个字
母对象。这样一来，字母对象就可以在整个系统中共享。

二、 单纯享元模式的结构

在单纯享元模式中，所有的享元对象都是可以共享的。单纯享元模式所涉及的角色如下：
抽象享元(Flyweight)角色：此角色是所有的具体享元类的超类，为这些类规定出需要实现的公共接口。那些需要外
蕴状态(External State)的操作可以通过调用商业方法以参数形式传入。
具体享元(ConcreteFlyweight)角色：实现抽象享元角色所规定的接口。如果有内蕴状态的话，必须负责为内蕴状态
提供存储空间。享元对象的内蕴状态必须与对象所处的周围环境无关，从而使得享元对象可以在系统内共享的。
享元工厂(FlyweightFactory)角色：本角色负责创建和管理享元角色。本角色必须保证享元对象可以被系统适当地共
享。当一个客户端对象调用一个享元对象的时候，享元工厂角色会检查系统中是否已经有一个符合要求的享元对象。
如果已经有了，享元工厂角色就应当提供这个已有的享元对象；如果系统中没有一个适当的享元对象的话，享元工厂
角色就应当创建一个合适的享元对象。

客户端(Client)角色：本角色需要维护一个对所有享元对象的引用。本角色需要自行存储所有享元对象的外蕴状态。

三、 单纯享元模式的示意性源代码

 

// Flyweight pattern -- Structural example   
using System; 
using System.Collections;  
// "FlyweightFactory" 
class FlyweightFactory 
{ 
  // Fields 
  private Hashtable flyweights = new Hashtable();  
  // Constructors 
  public FlyweightFactory() 
  { 
    flyweights.Add("X", new ConcreteFlyweight()); 
    flyweights.Add("Y", new ConcreteFlyweight()); 
    flyweights.Add("Z", new ConcreteFlyweight()); 
  }  
  // Methods 
  public Flyweight GetFlyweight(string key) 
  { 
    return((Flyweight)flyweights[ key ]); 
  } 
}
// "Flyweight" 
abstract class Flyweight 
{ 
  // Methods 
  abstract public void Operation( int extrinsicstate ); 
}  
// "ConcreteFlyweight" 
class ConcreteFlyweight : Flyweight 
{ 
  private string intrinsicstate = "A"; 
  // Methods 
  override public void Operation( int extrinsicstate ) 
  { 
    Console.WriteLine("ConcreteFlyweight: intrinsicstate {0}, extrinsicstate {1}",  
      intrinsicstate, extrinsicstate ); 
  } 
} 
public class Client 
{   public static void Main( string[] args ) 
  { 
    // Arbitrary extrisic state 
    int extrinsicstate = 22;       
    FlyweightFactory f = new FlyweightFactory();  
    // Work with different flyweight instances 
    Flyweight fx = f.GetFlyweight("X"); 
    fx.Operation( --extrinsicstate );  
    Flyweight fy = f.GetFlyweight("Y"); 
    fy.Operation( --extrinsicstate );  
    Flyweight fz = f.GetFlyweight("Z"); 
    fz.Operation( --extrinsicstate ); 
  } 
}   

四、 复合享元模式的结构
单纯享元模式中，所有的享元对象都可以直接共享。下面考虑一个较为复杂的情况，即将一些单纯享元使用合成模式
加以复合，形成复合享元对象。这样的复合享元对象本身不能共享，但是它们可以分解成单纯享元对象，而后者则可
以共享。复合享元模式的类图如下图所示：

享元模式所涉及的角色有抽象享元角色、具体享元角色、复合享元角色、享员工厂角色，以及客户端角色等。
抽象享元角色：此角色是所有的具体享元类的超类，为这些类规定出需要实现的公共接口。那些需要外蕴状态
(External  State)的操作可以通过方法的参数传入。抽象享元的接口使得享元变得可能，但是并不强制子类实行共享
因此并非所有的享元对象都是可以共享的。
具体享元(ConcreteFlyweight)角色：实现抽象享元角色所规定的接口。如果有内蕴状态的话，必须负责为内蕴状态
提供存储空间。享元对象的内蕴状态必须与对象所处的周围环境无关，从而使得享元对象可以在系统内共享。有时候
具体享元角色又叫做单纯具体享元角色，因为复合享元角色是由单纯具体享元角色通过复合而成的。

复合享元(UnsharableFlyweight)角色：复合享元角色所代表的对象是不可以共享的，但是一个复合享元对象可以分
解成为多个本身是单纯享元对象的组合。复合享元角色又称做不可共享的享元对象。
享元工厂(FlyweightFactoiy)角色：本角色负责创建和管理享元角色。本角色必须保证享元对象可以被系统适当地共
享。当一个客户端对象请求一个享元对象的时候，享元工厂角色需要检查系统中是否已经有一个符合要求的享元对象，
如果已经有了，享元工厂角色就应当提供这个已有的享元对象；如果系统中没有一个适当的享元对象的话，享元工厂
角色就应当创建一个新的合适的享元对象。
客户端(Client)角色：本角色还需要自行存储所有享元对象的外蕴状态。

五、 一个例子

 

    /// <summary>
    /// 用户
    /// </summary>
    class User
    {
        private string name;
        public User(string name)
        {
            this.name = name;
        }
        public string Name
        {
            get { return name; }
        }
    }
    /// <summary>
    /// 网站抽象类
    /// </summary>
    abstract class WebSite
    {
        public abstract void Use(User user);
    }
    /// <summary>
    /// 具体网站类
    /// </summary>
    class ConcreteWebSite:WebSite
    {
        private string name = "";
        public ConcreteWebSite(string name)
        {
            this.name = name;
        }
        public override void Use(User user)
        {
            Console.WriteLine("网站分类："+name+" 用户："+user.Name);
        }
    }
    /// <summary>
    /// 网站工厂
    /// </summary>
    class WebSiteFactory
    {
        private Hashtable flyweights = new Hashtable();
        //获得网站分类
        public WebSite GetWebSiteCategory(string key)
        {
            if (!flyweights.ContainsKey(key))
                flyweights.Add(key,new ConcreteWebSite(key));
            return ((WebSite)flyweights[key]);
        }
        //获得网站分类总量
        public int GetWebSiteCount()
        {
            return flyweights.Count;
        }
    }
class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            WebSiteFactory f = new WebSiteFactory();

            WebSite fx = f.GetWebSiteCategory("产品展示");
            fx.Use(new User("xxx"));

            WebSite fy = f.GetWebSiteCategory("产品展示");
            fy.Use(new User("yyy"));

            WebSite fz= f.GetWebSiteCategory("产品展示");
            fz.Use(new User("zzz"));

            WebSite fu = f.GetWebSiteCategory("博客");
            fu.Use(new User("uuu"));

            WebSite fq = f.GetWebSiteCategory("博客");
            fq.Use(new User("qqq"));

            WebSite fw = f.GetWebSiteCategory("博客");
            fw.Use(new User("www"));

            Console.WriteLine("得到网站分类总数为：{0}",f.GetWebSiteCount());
        }
    }

 

七、 享元模式应当在什么情况下使用
当以下所有的条件都满足时，可以考虑使用享元模式：一个系统有大量的对象。 这些对象耗费大量的内存。 这些对
象的状态中的大部分都可以外部化。 这些对象可以按照内蕴状态分成很多的组，当把外蕴对象从对象中剔除时，每
一个组都可以仅用一个对象代替。 软件系统不依赖于这些对象的身份，换言之，这些对象可以是不可分辨的。满足
以上的这些条件的系统可以使用享元对象。最后，使用享元模式需要维护一个记录了系统已有的所有享元的表，而这
需要耗费资源。因此，应当在有足够多的享元实例可供共享时才值得使用享元模式。
八、 享元模式的优点和缺点
享元模式的优点在于它大幅度地降低内存中对象的数量。但是，它做到这一点所付出的代价也是很高的：享元模式使
得系统更加复杂。为了使对象可以共享，需要将一些状态外部化，这使得程序的逻辑复杂化。 享元模式将享元对象
的状态外部化，而读取外部状态使得运行时间稍微变长。