設計模式（十一）享元

一、定義

運用共用技術有效地支持大量細粒度對象的復用，享元模式是一種結構型模式。

二、描述

享元模式要求能夠共用的對象必須是細粒度對象，因此它又稱為輕量級模式。享元模式的結構較為複雜，一般結合工廠模式一起使用，在其結構圖中包含了一個享元工廠類，包含以下四個角色：
1、Flyweight（抽象享元類）：它通常是一個介面或抽象類，在抽象享元類中聲明瞭具體享元類的公共方法，這些方法可以向外界提供享元對象的內部數據（內部狀態），同時也可以通過這些方法設置外部數據（外部狀態）
2、ConcreteFlyweight（具體享元類）：它實現了抽象享元類，其實例稱為享元對象，併在具體享元類中為內部提供了存儲空間。通常可以結合單例模式來設計具體享元類，為每一個具體享元類提供唯一的享元對象
3、UnsharedConcreteFlyweight（非共用具體享元類）：並不是所有的抽象享元類的子類都需要被共用，用戶可以將不能被共用的子類可設計為非共用具體享元類，當需要一個非共用具體享元類的對象時可以直接通過實例化創建。
4、FlyweightFactory（享元工廠類）：用於創建並管理享元對象，它針對抽象享元類編程，將各種類型的具體享元對象存儲在一個享元池中，一般設計為一個存儲鍵值對的集合（也可以是其他類型的集合），可以結合工廠模式設計。當用戶請求一個具體享元對象時，享元工廠提供一個存儲在享元池中已創建的實例或者創建一個新的實例（如果不存在），返回新創建的實例並將其存儲在享元池中。

三、例子

X公司欲開發一個圍棋軟體，通過分析，發現在圍棋棋盤中包含大量的黑子和白子，它們的形狀、大小都一模一樣，只是出現的位置不同而已。如果將每一個棋子都作為一個獨立的對象存儲在記憶體中，將可能導致該圍棋軟體在運行時所需要的記憶體空間較大。用享元模式來設計該軟體，降低運行代價、提高系統性能。
IgoChessman：抽象享元類

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

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

/// <summary>
/// 外部狀態：棋子坐標
/// </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、白棋享元類，充當具體享元類

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

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

IgoChessmanFactory：享元工廠類

public class IgoChessmanFactory
{
    private static readonly IgoChessmanFactory instance = new IgoChessmanFactory(); // 使用單例模式實現享元
    private static Hashtable ht;    // 使用Hashtable來存儲享元對象，充當享元池

    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：客戶端測試類

// 獲取享元工廠
IgoChessmanFactory chessFactory = IgoChessmanFactory.GetInstance();
// 通過享元工廠獲取3顆黑子
IgoChessman blackChess1 = chessFactory.GetIgoChessman("b");
IgoChessman blackChess2 = chessFactory.GetIgoChessman("b");
IgoChessman blackChess3 = chessFactory.GetIgoChessman("b");

Console.WriteLine("判斷兩顆黑子是否相同：{0}", object.ReferenceEquals(blackChess1, blackChess2));
// 通過享元工廠獲取2顆白子
IgoChessman whiteChess1 = chessFactory.GetIgoChessman("w");
IgoChessman whiteChess2 = chessFactory.GetIgoChessman("w");

Console.WriteLine("判斷兩顆白子是否相同：{0}", object.ReferenceEquals(whiteChess1, whiteChess2));
// 顯示棋子
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、總結

1、優點

（1）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有一份，節省系統資源，提高系統性能。
（2）外部狀態相對獨立，不會影響內部狀態，使享元對象可以在不同的環境中被共用。

2、缺點

（1）系統變的複雜，需要分離內外部狀態，使程式的邏輯複雜化。
（2）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。