c#设计模式-结构型模式 之 享元模式

简介

享元模式（Flyweight Pattern）是一种用于性能优化的模式，其核心是运用共享技术来有效支持大量细粒度的对象。享元模式可以避免大量非常相似类的开销。在程序设计中，有时需要生成大量细粒度的类实例来表示数据。如果能发现这些实例除了几个参数外基本上都是相同的，有时就能够大幅度地减少需要实例化的类的数量。如果能把那些参数移到类实例的外面，在方法调用时传递进来，就可以通过共享大幅度地减少单个实例的数目。

享元（ Flyweight ）模式中存在以下两种状态：

1. 内部状态，即不会随着环境的改变而改变的可共享部分。
2. 外部状态，指随环境改变而改变的不可以共享的部分。享元模式的实现要领就是区分应用中的这两种状态，并将外部状态外部化。

享元模式的主要有以下角色：

1. 抽象享元角色（Flyweight）：通常是一个接口或抽象类，在抽象享元类中声明了具体享元类公共的方法，这些方法可以向外界提供享元对象的内部数据（内部状态），同时也可以通过这些方法来设置外部数据（外部状态）。
2. 具体享元（Concrete Flyweight）角色 ：它实现了抽象享元类，称为享元对象；在具体享元类中为内部状态提供了存储空间。通常我们可以结合单例模式来设计具体享元类，为每一个具体享元类提供唯一的享元对象。
3. 非享元（Unsharable Flyweight)角色 ：并不是所有的抽象享元类的子类都需要被共享，不能被共享的子类可设计为非共享具体享元类；当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建。
4. 享元工厂（Flyweight Factory）角色 ：负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时，享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象，如果存在则提供给客户；如果不存在的话，则创建一个新的享元对象。

案例

抽象享元对象

public interface IFlyweight
{
    void Operation(int extrinsicstate);
}

具体享元

public class ConcreteFlyweight : IFlyweight
{
    public void Operation(int extrinsicstate)
    {
        Console.WriteLine("具体Flyweight：" + extrinsicstate); 
    }
}

非享元

public class UnsharedConcreteFlyweight : IFlyweight
{
    public void Operation(int extrinsicstate)
    {
        Console.WriteLine("不共享的具体Flyweight：" + extrinsicstate);
    }
}

享元工厂

享元工厂负责创建和管理享元对象。

在这个工厂类中，有一个Hashtable类型的私有成员变量flyweights，它用于存储享元对象。在构造函数中，我们向这个Hashtable中添加了三个ConcreteFlyweight对象，并且为每一个对象指定了一个唯一的键值。然后，这个工厂类提供了一个GetFlyweight方法，这个方法接受一个字符串类型的键值作为参数，然后从Hashtable中取出对应的享元对象并返回。

所以，这段代码的主要作用就是创建和管理享元对象，当需要一个享元对象时，只需要调用GetFlyweight方法并传入对应的键值即可。这样就可以实现享元对象的共享，避免了大量相似对象的创建，从而节省了系统资源。

public class FlyweightFactory
{
    private Hashtable flyweights = new Hashtable();

    public FlyweightFactory()
    {
        flyweights.Add("X", new ConcreteFlyweight());
        flyweights.Add("Y", new ConcreteFlyweight());
        flyweights.Add("Z", new ConcreteFlyweight());
    }

    public IFlyweight GetFlyweight(string key)
    {
        return ((IFlyweight)flyweights[key]);
    }
}

测试类

class MyClass
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        FlyweightFactory f = new FlyweightFactory();

        IFlyweight fx = f.GetFlyweight("X");
        fx.Operation(1);

        IFlyweight fy = f.GetFlyweight("Y");
        fy.Operation(2);

        IFlyweight fz = f.GetFlyweight("Z");
        fz.Operation(3);

        UnsharedConcreteFlyweight uf = new UnsharedConcreteFlyweight();
        uf.Operation(4);
    }
}

运行结果

在这个案例中我们使用哈希表（Hashtable）来实现，创建一个哈希表并将对象放入其中。其中键是对象的外部状态，值是对应的享元对象。当需要使用对象时，可以从哈希表中获取已经创建的享元对象。

优缺点

优点：

极大减少内存中相似或相同对象数量， 节约系统资源 ，提供系统性能

享元模式中的外部状态相对独立，且不影响内部状态

缺点：

为了使对象可以共享，需要将享元对象的部分状态外部化，分离内部状态和外部状态，使程序 逻辑复杂

使用场景：

一个系统有大量相同或者相似的对象，造成内存的大量耗费。

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。

在使用享元模式时需要维护一个存储享元对象的享元池，而这需要耗费一定的系统资源，因此，应

当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式