CH10-结构型-享元

模式动机

OOP 可以很好的解决一些灵活性和扩展性问题，但同时要增加对象的个数。当对象数过多则会导致运行代价过高，带来性能问题。

• 享元模式正式为了解决这类问题。该模式通过共享技术实现相同或相似对象的重用。
• 在该模式中可以共享的相同内容称为内部状态(Intrinsic State)，而那些需要通过外部环境来配置的不能共享的内容称为外部状态(Extrinsic State)。因为区分了内外状态，可以通过设置不同的外部状态使得相同对象可以具有一些不同的特征，而相同的内部状态则可以共享。
• 该模式中通常会出现工厂模式，需要创建一个享元工厂来负责维护一个**享元池(Flyweight Pool)**用于存储具有相同内部状态的享元对象。
• 该模式中共享的享元对象的内部状态、外部状态需要通过环境来配置。在实际使用中，能够共享的内部状态是有限的，因此享元对象一般都设计为较小的对象，所包含的内部状态较少，也称为细粒度对象。该模式的目的就是使用共享技术来实现大量细粒度对象的复用。

模式定义

享元模式(Flyweight Pattern)，运用共享技术有效的支持大量细粒度对象的复用。系统只使用少量的对象，而这些对象都很相似，状态变化很小，可以实现对象的多次复用。由于该模式要求能够共享的对象必须是细粒度对象，因此也称为轻量级模式。

模式结构

该模式包含四种角色：

• Flyweight：抽象享元类
• ConcreteFlyweight：具体享元类
• UnsharedConcreteFlyweight：非共享具体享元类
• FlyweightFactory：享元工厂类

类图

时序图

代码分析

模式分析

该模式是一种考虑系统性能的设计模式，使用该模式以节约内存空间，提供系统性能。

享元模式的核心在于享元工厂类，它的作用在于提供一个用于存储享元对象的享元池，用户需要对象时，首先从享元池中取，如果不存在则创建一个该具体享元类的实例，存入享元池并返回给客户。

该模式以共享的方式高效的支持大量的细粒度对象，享元对象能够做到共享的关键是区分内部状态和外部状态：

• 内部状态：是存储在享元对象内部并且不会随着环境改变而改变的状态。
• 外部状态：是随环境而改变的、不可共享的状态。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，在需要使用的时候在传入到享元对象内部。外部状态相互之间是独立的。

优点

• 可以极大减少内存中对象的数量，使得相同对象或者相似对象在内存中只保存一份。
• 外部状态相互独立，而且不会影响其内部状体，从而使得享元对象可以在不同的环境中被共享。

缺点

• 该模式使得系统更加复杂，需要分离内部状态和外部状态，使程序逻辑复杂。
• 为了使对象可以共享，需要将对象的状态外部化，而读取外部状态会使运行时间变长。

适用场景

• 一个系统有大量相同或相似对象，由于这类对象的大量使用，造成内存大量使用。
• 对象的大部分状态可以外部化，可以将这些外部状态传入对象中。
• 使用该模式需要维护一个存储享元对象的享元池，而这需要消耗资源，因此，应当在多次重复使用享元对象时才值得使用该模式。

模式应用

该模式大量应用于编辑器软件，如在一个文档中多次使用相同的图片等。

模式扩展

单纯享元模式和复合享元模式：

• 单纯享元模式：所有的享元对象都是可以共享的，即所有抽象享元类的子类都可共享，不存在非共享具体享元类。
• 复合享元模式：将一些单纯享元使用组合模式加以组合，可以形成复合享元对象，这样的复合享元对象本身不能共享，但是可以分解成单纯享元对象，然后进行共享。

与其他模式联用：

• 在享元工厂类中通常提供一个静态工厂方法用于返回享元对象，使用简单工厂模式来生成享元对象。
• 在一个系统中，通常只有唯一一个享元工厂，因此享元工厂类可以使用单例模式进行设计。
• 可以结合组合模式形成复合享元模式，统一对享元对象设置外部状态。