深入理解設計模式（22）：享元模式

一、引言大家都知道單例模式，通過一個全局變數來避免重覆創建對象而產生的消耗，若系統存在大量的相似對象時，又該如何處理？參照單例模式，可通過對象池緩存可共用的對象，避免創建多對象，儘可能減少記憶體的使用，提升性能，防止記憶體溢出。在軟體開發過程，如果我們需要重覆使用某個對象的時候，如果我們重覆地使用n ...

一、引言

大家都知道單例模式，通過一個全局變數來避免重覆創建對象而產生的消耗，若系統存在大量的相似對象時，又該如何處理？參照單例模式，可通過對象池緩存可共用的對象，避免創建多對象，儘可能減少記憶體的使用，提升性能，防止記憶體溢出。

在軟體開發過程，如果我們需要重覆使用某個對象的時候，如果我們重覆地使用new創建這個對象的話，這樣我們在記憶體就需要多次地去申請記憶體空間了，這樣可能會出現記憶體使用越來越多的情況，這樣的問題是非常嚴重，然而享元模式可以解決這個問題，下麵具體看看享元模式是如何去解決這個問題的。

二、什麼是享元模式

定義：共用元對象，運用共用技術有效地支持大量細粒度對象的復用。如果在一個系統中存在多個相同的對象，那麼只需要共用一份對象的拷貝，而不必為每一次使用創建新的對象。

享元模式是為數不多的、只為提升系統性能而生的設計模式，主要作用就是復用大對象（重量級對象），以節省記憶體空間和對象創建時間。

　面向對象可以非常方便的解決一些擴展性的問題，但是在這個過程中系統務必會產生一些類或者對象，如果系統中存在對象的個數過多時，將會導致系統的性能下降。對於這樣的問題解決最簡單直接的辦法就是減少系統中對象的個數。享元模式提供了一種解決方案，使用共用技術實現相同或者相似對象的重用。也就是說實現相同或者相似對象的代碼共用。

所謂享元模式就是運行共用技術有效地支持大量細粒度對象的復用。系統使用少量對象，而且這些都比較相似，狀態變化小，可以實現對象的多次復用。

共用模式是支持大量細粒度對象的復用，所以享元模式要求能夠共用的對象必須是細粒度對象。

首先瞭解兩個概念：內部狀態、外部狀態。

內部狀態：在享元對象內部不隨外界環境改變而改變的共用部分。

外部狀態：隨著環境的改變而改變，不能夠共用的狀態就是外部狀態。

由於享元模式區分了內部狀態和外部狀態，所以我們可以通過設置不同的外部狀態使得相同的對象可以具備一些不同的特性，而內部狀態設置為相同部分。

在我們的程式設計過程中，我們可能會需要大量的細粒度對象來表示對象，如果這些對象除了幾個參數不同外其他部分都相同，這個時候我們就可以利用享元模式來大大減少應用程式當中的對象。

如何利用享元模式呢？這裡我們只需要將他們少部分的不同的部分當做參數移動到類實例的外部，然後在方法調用的時候將他們傳遞過來就可以了。這裡也就說明瞭一點：內部狀態存儲於享元對象內部，而外部狀態則應該由客戶端來考慮。

三、享元模式的結構

Flyweight: 享元介面，所有具體享元類的超類或介面，通過該介面Flyweight可以接受並作用於外部狀態。通過該介面可以傳入外部的狀態，在享元對象的方法處理中可能會使用這些外部的數據。
ConcreteFlyweight: 具體的享元實現對象，指定內部狀態，必須是共用的，需要封裝Flyweight的內部狀態。
UnshareConcreteFlyweight: 非共用的享元實現對象，並不是所有的Flyweight實現對象都需要共用。非共用的享元實現對象通常是對享元對象的組合對象。
FlyweightFactoty: 享元工廠類，主要用來創建並管理共用的享元對象，並對外提供訪問共用享元的介面。當用戶請求一個Flyweight時，FlyweightFactory就會提供一個已經創建的Flyweight對象或者新建一個（如果不存在）。
Client: 享元客戶端，主要的工作就是維持一個對Flyweight的引用，計算或存儲享元的外部狀態，當然這裡可訪問共用和不共用的Flyweight對象。

享元模式的核心在於享元工廠類，享元工廠類的作用在於提供一個用於存儲享元對象的享元池，用戶需要對象時，首先從享元池中獲取，如果享元池中不存在，則創建一個新的享元對象返回給用戶，併在享元池中保存該新增對象。

四、享元模式和單例模式的異同

享元模式可以再次創建對象也可以取緩存對象

單例模式則是嚴格控制單個進程中只有一個實例對象

享元模式可以通過自己實現對外部的單例也可以在需要的使用創建更多的對象

單例模式是自身控制需要增加不屬於該對象本身的邏輯

兩者都可以實現節省對象創建的時間 ThreadPool 線程池與資料庫連接池都有使用享元模式

五、享元模式的優缺點

優點：

可以極大減少記憶體中對象的數量，使得相同或相似對象在記憶體中只保存一份，從而可以節約系統資源，提高系統性能。
享元模式的外部狀態相對獨立，而且不會影響其內部狀態，從而使得享元對象可以在不同的環境中被共用。

缺點：

享元模式使得系統變得複雜，需要分離出內部狀態和外部狀態，這使得程式的邏輯複雜化。
為了使對象可以共用，享元模式需要將享元對象的部分狀態外部化，而讀取外部狀態將使得運行時間變長。

六、享元模式的使用場景

一個系統有大量相同或者相似的對象，造成記憶體的大量耗費。
對象的大部分狀態都可以外部化，可以將這些外部狀態傳入對象中。
在使用享元模式時需要維護一個存儲享元對象的享元池，而這需要耗費一定的系統資源，因此，應當在需要多次重覆使用享元對象時才值得使用享元模式。

七、享元模式的實現

public abstract class abStudent
    {
        public string Name;
        public string schName;
        public string Sex;
        public abStudent()
        {
            schName = "吉林大學";
            Sex = "男";
        }

        public override string ToString()
        {
            return string.Format("我叫{0},性別{1},在讀學校{2}", Name, Sex, schName);
        }
    }

public class Student:abStudent
    {
        public Student(string name)
        {
            Name = name;
        }
    }

public class School
    {
        private Dictionary<int, Student> StudentList;
        public School()
        {
            StudentList = new Dictionary<int, Student>();
            StudentList.Add(1, new Student("張三"));
            StudentList.Add(2, new Student("李四"));
        }
        public Student GetStudent(int num)
        {
            return StudentList[num] as Student;
        }
    }

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            School school = new School();
            Student student = school.GetStudent(1);
            Console.WriteLine(student.ToString());
            student = school.GetStudent(2);
            Console.WriteLine(student.ToString());
            Console.ReadKey();
        }
    }

八、總結

　　1、享元模式可以極大地減少系統中對象的數量。但是它可能會引起系統的邏輯更加複雜化。

2、享元模式的核心在於享元工廠，它主要用來確保合理地共用享元對象。

3、內部狀態為不變共用部分，存儲於享元享元對象內部，而外部狀態是可變部分，它應當油客戶端來負責。