C#设计模式-享元模式

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在软件开发过程，如果我们需要重复使用某个对象的时候，如果我们重复地使用new创建这个对象的话，这样我们在内存就需要多次地去申请内存空间了，这样可能会出现内存使用越来越多的情况，这样的问题是非常严重，然而享元模式可以解决这个问题，下面具体看看享元模式是如何去解决这个问题的。

一、享元（Flyweight）模式

在前面说了，享元模式可以解决上面的问题了，在介绍享元模式之前，让我们先要分析下如果去解决上面那个问题，上面的问题就是重复创建了同一个对象，如果让我们去解决这个问题肯定会这样想：“既然都是同一个对象，能不能只创建一个对象，然后下次需要创建这个对象的时候，让它直接用已经创建好了的对象就好了”，也就是说——让一个对象共享。不错，这个也是享元模式的实现精髓所在。

介绍完享元模式的精髓之后，让我们具体看看享元模式的正式定义：

享元模式——运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。享元模式可以避免大量相似类的开销，在软件开发中如果需要生成大量细粒度的类实例来表示数据，如果这些实例除了几个参数外基本上都是相同的，这时候就可以使用享元模式来大幅度减少需要实例化类的数量。如果能把这些参数（指的这些类实例不同的参数）移动类实例外面，在方法调用时将他们传递进来，这样就可以通过共享大幅度地减少单个实例的数目。（这个也是享元模式的实现要领）,然而我们把类实例外面的参数称为享元对象的外部状态，把在享元对象内部定义称为内部状态。具体享元对象的内部状态与外部状态的定义为：

内部状态：在享元对象的内部并且不会随着环境的改变而改变的共享部分

外部状态：随环境改变而改变的，不可以共享的状态。

二、享元模式的类图

在上图中，涉及的角色如下几种角色：

抽象享元角色（Flyweight）:此角色是所有的具体享元类的基类，为这些类规定出需要实现的公共接口。那些需要外部状态的操作可以通过调用方法以参数形式传入。
具体享元角色（ConcreteFlyweight）：实现抽象享元角色所规定的接口。如果有内部状态的话，可以在类内部定义。
享元工厂角色（FlyweightFactory）：本角色复杂创建和管理享元角色。本角色必须保证享元对象可以被系统适当地共享，当一个客户端对象调用一个享元对象的时候，享元工厂角色检查系统中是否已经有一个符合要求的享元对象，如果已经存在，享元工厂角色就提供已存在的享元对象，如果系统中没有一个符合的享元对象的话，享元工厂角色就应当创建一个合适的享元对象。
客户端角色（Client）：本角色需要存储所有享元对象的外部状态。

注：上面的实现只是单纯的享元模式，同时还有复合的享元模式，由于复合享元模式较复杂，这里就不给出实现了。

三、享元模式的实现

下面以一个实际的应用来实现下享元模式。这个例子是：一个文本编辑器中会出现很多字面，使用享元模式去实现这个文本编辑器的话，会把每个字面做成一个享元对象。享元对象的内部状态就是这个字面，而字母在文本中的位置和字体风格等其他信息就是它的外部状态。下面就以这个例子来实现下享元模式，具体实现代码如下：

using System;
using System.Collections;

/// <summary>
/// 客户端调用
/// </summary>
class Client
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 定义外部状态，例如字母的位置等信息
        int externalstate = 10;
        // 初始化享元工厂
        var factory = new FlyweightFactory();

        // 判断是否已经创建了字母A，如果已经创建就直接使用创建的对象A
        Flyweight fa = factory.GetFlyweight("A");
        if (fa != null)
        {
            // 把外部状态作为享元对象的方法调用参数
            fa.Operation(--externalstate);
        }
        // 判断是否已经创建了字母B
        Flyweight fb = factory.GetFlyweight("B");
        if (fb != null)
        {
            fb.Operation(--externalstate);
        }
        // 判断是否已经创建了字母C
        Flyweight fc = factory.GetFlyweight("C");
        if (fc != null)
        {
            fc.Operation(--externalstate);
        }
        // 判断是否已经创建了字母D
        Flyweight fd = factory.GetFlyweight("D");
        if (fd != null)
        {
            fd.Operation(--externalstate);
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("驻留池中不存在字符串D");
            // 这时候就需要创建一个对象并放入驻留池中
            var d = new ConcreteFlyweight("D");
            factory.Flyweights.Add("D", d);
        }

        Console.Read();
    }
}

/// <summary>
/// 享元工厂，负责创建和管理享元对象
/// </summary>
public class FlyweightFactory
{
    // 最好使用泛型Dictionary<string,Flyweighy>
    //public Dictionary<string, Flyweight> flyweights = new Dictionary<string, Flyweight>();
    public Hashtable Flyweights = new Hashtable();

    public FlyweightFactory()
    {
        Flyweights.Add("A", new ConcreteFlyweight("A"));
        Flyweights.Add("B", new ConcreteFlyweight("B"));
        Flyweights.Add("C", new ConcreteFlyweight("C"));
    }

    public Flyweight GetFlyweight(string key)
    {
        // 更好的实现如下
        //Flyweight flyweight = flyweights[key] as Flyweight;
        //if (flyweight == null)
        //{
        //    Console.WriteLine("驻留池中不存在字符串" + key);
        //    flyweight = new ConcreteFlyweight(key);
        //}
        //return flyweight;
        return Flyweights[key] as Flyweight;
    }
}

/// <summary>
///  抽象享元类，提供具体享元类具有的方法
/// </summary>
public abstract class Flyweight
{
    public abstract void Operation(int extrinsicstate);
}

// 具体的享元对象，这样我们不把每个字母设计成一个单独的类了，而是作为把共享的字母作为享元对象的内部状态
public class ConcreteFlyweight : Flyweight
{
    // 内部状态
    private readonly string _intrinsicstate;

    // 构造函数
    public ConcreteFlyweight(string innerState)
    {
        this._intrinsicstate = innerState;
    }

    /// <summary>
    /// 享元类的实例方法
    /// </summary>
    /// <param name="extrinsicstate">外部状态</param>
    public override void Operation(int extrinsicstate)
    {
        Console.WriteLine("具体实现类: intrinsicstate {0}, extrinsicstate {1}", _intrinsicstate, extrinsicstate);
    }
}