设计模式享元模式实例

比如要一款围棋游戏，如果每次落子都新建一个对象，将会占用大量内存，而实际上棋子只有黑白两色，不同的只是落子位置而已。另外，大量的主动型对象还会占用很多CPU和显卡的计算资源，举个极端的例子，某个游戏的沙漠场景，为了使游戏具有丰富的视觉效果，要求每一粒沙子都要随着光线而有不同的呈现效果不同，这时候直接new当然也是不现实的。
享元模式
享元模式提供了一种针对这类场景的解决方案。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似对象的开销，从而提高系统资源的利用率，支持大量细粒度对象的复用。
UML类图： 享元模式 UML类图
代码实现
public abstract class Flyweight
{
//内部状态
public string Instrinsic { get; set; }
//外部状态
protected string Extrinsic { get; set; }
public Flyweight(string extrinsic)
{
this.Extrinsic = extrinsic;
}
//定义业务操作
public abstract void Operate(int id);
}
public class ConcreteFlyweight : Flyweight
{
//接受外部状态
public ConcreteFlyweight(String extrinsic) : base(extrinsic)
{
}
//根据外部状态进行逻辑处理
public override void Operate(int id)
{
Console.WriteLine("Flyweight:" + id);
}
}
public class UnsharedConcreteFlyweight : Flyweight
{
public UnsharedConcreteFlyweight(String extrinsic) : base(extrinsic)
{
}
public override void Operate(int id)
{
Console.WriteLine("不共享的Flyweight:" + id);
}
}
public class FlyweightFactory
{
//定义一个池容器
private static Dictionary pool = new Dictionary();
//享元工厂
public static Flyweight GetFlyweight(string extrinsic)
{
Flyweight flyweight = null;
if (pool.ContainsKey(extrinsic))
{
flyweight = pool[extrinsic];
Console.Write($"已有{extrinsic} ");
}
else
{
flyweight = new ConcreteFlyweight(extrinsic);
pool.Add(extrinsic, flyweight);
Console.Write($"新建{extrinsic} ");
}
return flyweight;
}
}
享元模式的核心是用一个池容器来缓存需要共享的对象，C#可以用Dictionary来实现。
内部状态与外部状态 由于这些数量较大的细粒度对象有着相近的性质，为了能共享这些对象，需要将这些对象的信息分为两个部分：内部状态和外部状态。
内部状态指对象共享出来的信息，存储在享元对象内部并且不会随环境的改变而改变；
外部状态指会随环境改变而改变的、不可共享的状态。 比如前面围棋的例子中，棋子的黑白两色就可作为内部状态，落子位置则是外部状态，将内部状态（黑、白两色）作为对象间的本质区别，只需要两个对象就可以了，然后配合外部状态（落子位置）的变化，就可以表示全部的棋子。
围棋例子的误导 使用围棋这个例子会容易让人产生一个困惑：既然实际上只有两个对象（黑、白），那么是如何让同一个对象即出现在位置A，又出现在位置B的呢？难不成像薛定谔的猫那样，可以有多种状态？ 实际上这里所谓的共享对象，共享的应该是对象的行为。在围棋游戏中可以理解为，在画布上绘制的棋子图案。每个棋子对象都有个绘制棋子图案的行为，通过设置不同的外部状态（落子位置），就棋子的绘图行为就会在画布上不同的位置绘制图案。
享元模式的适用场景
系统中有大量对象。
这些对象消耗大量内存。
这些对象的状态大部分可以外部化。
这些对象可以按照内部状态分为很多组，当把外部对象从对象中剔除出来时，每一组对象都可以用一个对象来代替。
系统不依赖于这些对象的身份，这些对象是不可分辨的。
享元模式的优缺点
优点
大大减少对象的创建，降低系统的资源占用，提高效率。
由于抽离出了外部状态和内部状态，外部状态相对独立，不会影响到内部状态，所以享元模式使得享元对象能够在不同的环境被共享。 缺点
增加了系统的复杂度，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固有化的性质，不应该随着内部状态的变化而变化，否则会造成系统的混乱。
为了使对象可以共享，享元模式需要将享元对象的状态外部化，而读取外部状态使得运行时间变长。