一、引言
在軟件開發(fā)過程，如果我們需要重復(fù)使用某個對象的時候，如果我們重復(fù)地使用new創(chuàng)建這個對象的話，這樣我們在內(nèi)存就需要多次地去申請內(nèi)存空間了，這樣可能會出現(xiàn)內(nèi)存使用越來越多的情況，這樣的問題是非常嚴(yán)重，然而享元模式可以解決這個問題，下面具體看看享元模式是如何去解決這個問題的。
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二、享元模式的詳細(xì)介紹
在前面說了，享元模式可以解決上面的問題了，在介紹享元模式之前，讓我們先要分析下如果去解決上面那個問題，上面的問題就是重復(fù)創(chuàng)建了同一個對象，如果讓我們?nèi)ソ鉀Q這個問題肯定會這樣想：“既然都是同一個對象，能不能只創(chuàng)建一個對象，然后下次需要創(chuàng)建這個對象的時候，讓它直接用已經(jīng)創(chuàng)建好了的對象就好了”，也就是說——讓一個對象共享。不錯，這個也是享元模式的實(shí)現(xiàn)精髓所在。
2.1 定義
介紹完享元模式的精髓之后，讓我們具體看看享元模式的正式定義：
享元模式——運(yùn)用共享技術(shù)有效地支持大量細(xì)粒度的對象。享元模式可以避免大量相似類的開銷，在軟件開發(fā)中如果需要生成大量細(xì)粒度的類實(shí)例來表示數(shù)據(jù)，如果這些實(shí)例除了幾個參數(shù)外基本上都是相同的，這時候就可以使用享元模式來大幅度減少需要實(shí)例化類的數(shù)量。如果能把這些參數(shù)（指的這些類實(shí)例不同的參數(shù)）移動類實(shí)例外面，在方法調(diào)用時將他們傳遞進(jìn)來，這樣就可以通過共享大幅度地減少單個實(shí)例的數(shù)目。（這個也是享元模式的實(shí)現(xiàn)要領(lǐng)）,然而我們把類實(shí)例外面的參數(shù)稱為享元對象的外部狀態(tài)，把在享元對象內(nèi)部定義稱為內(nèi)部狀態(tài)。具體享元對象的內(nèi)部狀態(tài)與外部狀態(tài)的定義為：
內(nèi)部狀態(tài)：在享元對象的內(nèi)部并且不會隨著環(huán)境的改變而改變的共享部分
外部狀態(tài)：隨環(huán)境改變而改變的，不可以共享的狀態(tài)。
2.2 享元模式實(shí)現(xiàn)
分析完享元模式的實(shí)現(xiàn)思路之后，相信大家實(shí)現(xiàn)享元模式肯定沒什么問題了，下面以一個世紀(jì)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)下享元模式。這個例子是：一個文本編輯器中會出現(xiàn)很多字面，使用享元模式去實(shí)現(xiàn)這個文本編輯器的話，會把每個字面做成一個享元對象。享元對象的內(nèi)部狀態(tài)就是這個字面，而字母在文本中的位置和字體風(fēng)格等其他信息就是它的外部狀態(tài)。下面就以這個例子來實(shí)現(xiàn)下享元模式，具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：
///
/// 客戶端調(diào)用
///
class Client
{
static void Main(string[] args)
{
// 定義外部狀態(tài)，例如字母的位置等信息
int externalstate = 10;
// 初始化享元工廠
FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
// 判斷是否已經(jīng)創(chuàng)建了字母A，如果已經(jīng)創(chuàng)建就直接使用創(chuàng)建的對象A
Flyweight fa = factory.GetFlyweight("A");
if (fa != null)
{
// 把外部狀態(tài)作為享元對象的方法調(diào)用參數(shù)
fa.Operation(--externalstate);
}
// 判斷是否已經(jīng)創(chuàng)建了字母B
Flyweight fb = factory.GetFlyweight("B");
if (fb != null)
{
fb.Operation(--externalstate);
}
// 判斷是否已經(jīng)創(chuàng)建了字母C
Flyweight fc = factory.GetFlyweight("C");
if (fc != null)
{
fc.Operation(--externalstate);
}
// 判斷是否已經(jīng)創(chuàng)建了字母D
Flyweight fd= factory.GetFlyweight("D");
if (fd != null)
{
fd.Operation(--externalstate);
}
else
{
Console.WriteLine("駐留池中不存在字符串D");
// 這時候就需要創(chuàng)建一個對象并放入駐留池中
ConcreteFlyweight d = new ConcreteFlyweight("D");
factory.flyweights.Add("D", d);
}
Console.Read();
}
}
///
/// 享元工廠，負(fù)責(zé)創(chuàng)建和管理享元對象
///
public class FlyweightFactory
{
// 最好使用泛型Dictionary
//public Dictionary flyweights = new Dictionary();
public Hashtable flyweights = new Hashtable();
public FlyweightFactory()
{
flyweights.Add("A", new ConcreteFlyweight("A"));
flyweights.Add("B", new ConcreteFlyweight("B"));
flyweights.Add("C", new ConcreteFlyweight("C"));
}
public Flyweight GetFlyweight(string key)
{
// 更好的實(shí)現(xiàn)如下
//Flyweight flyweight = flyweights[key] as Flyweight;
//if (flyweight == null)
//{
// Console.WriteLine("駐留池中不存在字符串" + key);
// flyweight = new ConcreteFlyweight(key);
//}
//return flyweight;
return flyweights[key] as Flyweight;
}
}
///
/// 抽象享元類，提供具體享元類具有的方法
///
public abstract class Flyweight
{
public abstract void Operation(int extrinsicstate);
}
// 具體的享元對象，這樣我們不把每個字母設(shè)計成一個單獨(dú)的類了，而是作為把共享的字母作為享元對象的內(nèi)部狀態(tài)
public class ConcreteFlyweight : Flyweight
{
// 內(nèi)部狀態(tài)
private string intrinsicstate ;
// 構(gòu)造函數(shù)
public ConcreteFlyweight(string innerState)
{
this.intrinsicstate = innerState;
}
///
/// 享元類的實(shí)例方法
///
/// 外部狀態(tài)
public override void Operation(int extrinsicstate)
{
Console.WriteLine("具體實(shí)現(xiàn)類: intrinsicstate {0}, extrinsicstate {1}", intrinsicstate, extrinsicstate);
}
}
在享元模式的實(shí)現(xiàn)中，我們沒有像之前一樣，把一個細(xì)粒度的類實(shí)例設(shè)計成一個單獨(dú)的類，而是把它作為共享對象的內(nèi)部狀態(tài)放在共享類的內(nèi)部定義，具體的解釋注釋中都有了，大家可以參考注釋去進(jìn)一步理解享元模式。
2.3 享元模式的類圖
看完享元模式的實(shí)現(xiàn)之后，為了幫助大家理清楚享元模式中各類之間的關(guān)系，下面給出上面實(shí)現(xiàn)代碼中的類圖，如下所示：
（摘自http://www.cnblogs.com/zhenyulu/articles/55793.html）
在上圖中，涉及的角色如下幾種角色：
抽象享元角色（Flyweight）:此角色是所有的具體享元類的基類，為這些類規(guī)定出需要實(shí)現(xiàn)的公共接口。那些需要外部狀態(tài)的操作可以通過調(diào)用方法以參數(shù)形式傳入。
具體享元角色（ConcreteFlyweight）：實(shí)現(xiàn)抽象享元角色所規(guī)定的接口。如果有內(nèi)部狀態(tài)的話，可以在類內(nèi)部定義。
享元工廠角色（FlyweightFactory）：本角色復(fù)雜創(chuàng)建和管理享元角色。本角色必須保證享元對象可以被系統(tǒng)適當(dāng)?shù)毓蚕?，?dāng)一個客戶端對象調(diào)用一個享元對象的時候，享元工廠角色檢查系統(tǒng)中是否已經(jīng)有一個符合要求的享元對象，如果已經(jīng)存在，享元工廠角色就提供已存在的享元對象，如果系統(tǒng)中沒有一個符合的享元對象的話，享元工廠角色就應(yīng)當(dāng)創(chuàng)建一個合適的享元對象。
客戶端角色（Client）：本角色需要存儲所有享元對象的外部狀態(tài)。
注：上面的實(shí)現(xiàn)只是單純的享元模式，同時還有復(fù)合的享元模式，由于復(fù)合享元模式較復(fù)雜，這里就不給出實(shí)現(xiàn)了。
三、享元模式的優(yōu)缺點(diǎn)
分析完享元模式的實(shí)現(xiàn)之后，讓我們繼續(xù)分析下享元模式的優(yōu)缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：
降低了系統(tǒng)中對象的數(shù)量，從而降低了系統(tǒng)中細(xì)粒度對象給內(nèi)存帶來的壓力。
缺點(diǎn)：
為了使對象可以共享，需要將一些狀態(tài)外部化，這使得程序的邏輯更復(fù)雜，使系統(tǒng)復(fù)雜化。
享元模式將享元對象的狀態(tài)外部化，而讀取外部狀態(tài)使得運(yùn)行時間稍微變長。
四、使用場景
在下面所有條件都滿足時，可以考慮使用享元模式：
滿足上面的條件的系統(tǒng)可以使用享元模式。但是使用享元模式需要額外維護(hù)一個記錄子系統(tǒng)已有的所有享元的表，而這也需要耗費(fèi)資源，所以，應(yīng)當(dāng)在有足夠多的享元實(shí)例可共享時才值得使用享元模式。
注：在.NET類庫中，string類的實(shí)現(xiàn)就使用了享元模式，更多內(nèi)容可以參考字符串駐留池的介紹，同時也可以參考這個博文深入理解.NET中string類的設(shè)計——http://www.cnblogs.com/artech/archive/2010/11/25/internedstring.html
五、總結(jié)
到這里，享元模式的介紹就結(jié)束了，享元模式主要用來解決由于大量的細(xì)粒度對象所造成的內(nèi)存開銷的問題，它在實(shí)際的開發(fā)中并不常用，可以作為底層的提升性能的一種手段。
附件：http://down.51cto.com/data/2363665
本文標(biāo)題：C#設(shè)計模式(12)——享元模式（FlyweightPattern）
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http://weahome.cn/article/jsocei.html
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