第十八章：享元模式

一、从生活中领悟享元模式

Tony参加一个团体活动，活动中需要用到颜料，而颜料是公用的，每个团队都需要派遣一名队员去取用。颜料有红、黄、蓝、绿、紫5大桶。

模拟故事剧情
python

import logging


class Pigment:
    """颜料"""

    def __init__(self, color):
        self._color = color
        self._user = ""

    def getColor(self):
        return self._color

    def setUser(self, user):
        self._user = user
        return self

    def showInfo(self):
        print("%s 取得 %s 色颜料" % (self._user, self._color))


class PigmentFactory:
    """颜料的工厂类"""

    def __init__(self):
        self._sigmentSet = {
            "红": Pigment("红"),
            "黄": Pigment("黄"),
            "蓝": Pigment("蓝"),
            "绿": Pigment("绿"),
            "紫": Pigment("紫")
        }

    def getPigment(self, color):
        pigment = self._sigmentSet.get(color)
        if pigment is None:
            logging.error("没有%s颜色的颜料！", color)
        return pigment


def testPigment():
    factory = PigmentFactory()
    pigmentRed = factory.getPigment("红").setUser("梦之队")
    pigmentRed.showInfo()
    pigmentYellow = factory.getPigment("黄").setUser("梦之队")
    pigmentYellow.showInfo()
    pigmentBlue1 = factory.getPigment("蓝").setUser("梦之队")
    pigmentBlue1.showInfo()
    pigmentBlue2 = factory.getPigment("蓝").setUser("和平队")
    pigmentBlue2.showInfo()


if __name__ == "__main__":
    testPigment()

输出结果：

梦之队 取得 红 色颜料
梦之队 取得 黄 色颜料
梦之队 取得 蓝 色颜料
和平队 取得 蓝 色颜料

Process finished with exit code 0

二、从剧情中思考享元模式

2.1 什么是享元模式

运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用

2.2 设计思想

在故事剧情中，我们通过限定颜料的数量并采用共享的方式来达到节约资源、节约成本的目的，在程序的世界中这种方式叫享元模式（Flyweight Pattern）。Flyweight一词来源于拳击比赛，意思是“特轻量级”。用在程序设计中，就是指享元模式要求能够共享的对象必须是轻量级对象，也就是细粒度对象，因此享元模式又称为轻量级模式。
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部状态和外部状态。
● 内部状态（Intrinsic State）是存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改变的状态，因此内部状态是可以共享的状态，如故事剧情中颜料的颜色就是Pigment对象的内部状态。
● 外部状态（Extrinsic State）是随环境改变而改变的、不可以共享的状态。享元对象的外部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享元对象内部，如故事剧情中颜料的使用者就是外部状态。

三、模型抽象

享元模式的类图.png

Flyweight 是享元对象的抽象类，负责定义对象的内部状态和外部状态的接口。FlyweightImpl是享元对象的具体实现者，负责具体业务（状态）的处理，如故事剧情中的Pigment。UnshareFlyweightImpl是不可共享的对象，不能够使用共享技术的对象（一般不会出现在享元工厂中），只是实现了抽象类Flyweight的接口（或空实现）。FlyweightFactory是享元工厂，是享元模式的核心类，其实就是享元对象的一个容器，职责也非常清晰：负责享元对象的创建和容器中对象的管理。

3.1 模型说明

1.设计要点
享元模式的实现非常简单，在设计享元模式的程序时要注意两个主要角色和四个设计要点。
两个主要角色：
（1）享元对象（Flyweight）：即你期望用来共享的对象，享元对象必须是轻量级对象，也就是细粒度对象。
（2）享元工厂（FlyweightFactory）：享元模式的核心角色，负责创建和管理享元对象。享元工厂提供一个用于存储享元对象的享元池，用户需要对象时，首先从享元池中获取，如果享元池中不存在，则创建一个新的享元对象返回给用户，并在享元池中保存该新增对象。
四个设计要点：
（1）享元对象必须是轻量级、细粒度的对象。
（2）区分享元对象的内部状态和外部状态。
（3）享元对象的内部状态和属性一经创建不会被随意改变。因为如果可以改变，则A取得这个对象obj后，改变了其状态，B再去取这个对象obj时就已经不是原来的状态了。
（4）使用对象时通过享元工厂获取，使得传入相同的key时获得相同的对象。
2.享元模式的优缺点
优点：
（1）可以极大减少内存中对象的数量，使得相同对象或相似对象（内部状态相同的对象）在内存中只保存一份。
（2）享元模式的外部状态相对独立，而且不会影响其内部状态，从而使得享元对象可以在不同的环境中被共享。
缺点：
（1）享元模式使得系统更加复杂，需要分离出内部状态和外部状态，这使得程序的逻辑复杂化。
（2）享元对象的内部状态一经创建不能被随意改变。

四、应用场景

（1）一个系统有大量相同或者相似的对象，由于这类对象的大量使用，造成内存的大量耗费。
（2）对象的大部分状态都可以外部化，可以将这些外部状态传入对象中。
享元模式是一个考虑系统性能的设计模式，使用享元模式可以节约内存空间，提高系统的性能，因为它的这一特性，在实际项目中使用得比较多。比如浏览器的缓存，就可以使用这个设计思想，浏览器会将已打开页面的图片、文件缓存到本地，如果在一个页面中多次出现相同的图片（即一个页面中多个img标签指向同一个图片地址），则只需要创建一个图片对象，在解析到img标签的地方多次重复显示这个对象即可。

摘录来自
人人都懂设计模式：从生活中领悟设计模式：Python实现