.Net結構型設計模式之享元模式（Flyweight）

2022-05-25 22:01:31

一、動機（Motivate）

在軟體系統中，採用純粹物件方案的問題在於大量細粒度的物件會很快充斥在系統中，從而帶來很高的執行時代價——主要指記憶體需求方面的代價。如何在避免大量細粒度物件問題的同時，讓外部客戶程式仍然能夠透明地使用物件導向的方式來進行操作？

二、意圖（Intent）

運用共用技術有效地支援大量細粒度的物件。 ——《設計模式》GoF

三、結構圖（Structure）

四、模式的組成

（1）、抽象享元角色（Flyweight）:此角色是所有的具體享元類的基礎類別，為這些類規定出需要實現的公共介面。那些需要外部狀態的操作可以通過呼叫方法以引數形式傳入。
（2）、具體享元角色（ConcreteFlyweight）：實現抽象享元角色所規定的介面。如果有內部狀態的話，可以在類內部定義。
（3）、享元工廠角色（FlyweightFactory）：本角色負責建立和管理享元角色。本角色必須保證享元物件可以被系統適當地共用，當一個使用者端物件呼叫一個享元物件的時候，享元工廠角色檢查系統中是否已經有一個符合要求的享元物件，如果已經存在，享元工廠角色就提供已存在的享元物件，如果系統中沒有一個符合的享元物件的話，享元工廠角色就應當建立一個合適的享元物件。
（4）、使用者端角色（Client）：本角色需要儲存所有享元物件的外部狀態。

五、享元模式的具體程式碼實現

/// <summary>
/// 享元的抽象類
/// </summary>
public abstract class Flyweight
{
    public abstract void Operation(int extrinsicState);
}
/// <summary>
/// 需要共用的具體類
/// </summary>
public class ConceteFlyweight : Flyweight
{
    public override void Operation(int extrinsicState)
    {
        Console.WriteLine("需要共用的具體Flyweight類：" + extrinsicState);
    }
}
/// <summary>
/// 不需要共用的具體類
/// </summary>
public class UnsharedConcreteFlyeight : Flyweight
{
    public override void Operation(int extrinsicState)
    {
        Console.WriteLine("不需要共用的具體Flyweight類：" + extrinsicState);
    }
}
/// <summary>
/// 一個工廠類，用來合理建立物件
/// </summary>
public class FlyweightFactory
{
    private Dictionary<string, Flyweight> dic = new Dictionary<string, Flyweight>();
    public Flyweight GetFlyweight(string key, bool type)
    {
        if (!dic.ContainsKey(key))
        {
            Flyweight flyweight = new UnsharedConcreteFlyeight();
            if (type)
                flyweight = new ConceteFlyweight();
            dic.Add(key, flyweight);
        }
        return (Flyweight)dic[key];
    }
}
/// <summary>
/// 使用者端呼叫
/// </summary>
public class App
{
    static void Main()
    {
        int extrinsicState = 26;
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
        Flyweight f1 = factory.GetFlyweight("oec2003", true);
        f1.Operation(++extrinsicState);
        Flyweight f2 = factory.GetFlyweight("oec2003", true);
        f2.Operation(++extrinsicState);
        Flyweight f3 = factory.GetFlyweight("oec2004", false);
        f3.Operation(++extrinsicState);
    }
}

六、享元模式的實現要點：

物件導向很好地解決了抽象性的問題，但是作為一個執行在機器中的程式實體，我們需要考慮物件的代價問題。Flyweight設計模式主要解決物件導向的代價問題，一般不觸及物件導向的抽象性問題。
Flyweight採用物件共用的做法來降低系統中物件的個數，從而降低細粒度物件給系統帶來的記憶體壓力。在具體實現方面，要注意物件狀態的處理。
物件的數量太大從而導致物件記憶體開銷加大——什麼樣的數量才算大？這需要我們仔細的根據具體應用情況進行評估，而不能憑空臆斷。

1、享元模式的優點

（1）、享元模式的優點在於它能夠極大的減少系統中物件的個數。
（2）、享元模式由於使用了外部狀態，外部狀態相對獨立，不會影響到內部狀態，所以享元模式使得享元物件能夠在不同的環境被共用。

2、享元模式的缺點

（1）、由於享元模式需要區分外部狀態和內部狀態，使得應用程式在某種程度上來說更加複雜化了。
（2）、為了使物件可以共用，享元模式需要將享元物件的狀態外部化，而讀取外部狀態使得執行時間變化。

3、在下面所有條件都滿足時，可以考慮使用享元模式：

（1）、一個系統中有大量的物件；
（2）、這些物件耗費大量的記憶體；
（3）、這些物件中的狀態大部分都可以被外部化；
（4）、這些物件可以按照內部狀態分成很多的組，當把外部物件從物件中剔除時，每一個組都可以僅用一個物件代替軟體系統不依賴這些物件的身份，滿足上面的條件的系統可以使用享元模式。但是使用享元模式需要額外維護一個記錄子系統已有的所有享元的表，而這也需要耗費資源，所以，應當在有足夠多的享元範例可共用時才值得使用享元模式。

七、.NET 中享元模式的實現

.NET在C#中有一個Code Behind機制，它表面有一個aspx檔案，背後又有一個cs檔案，它的編譯過程實際上會把aspx檔案解析成C#檔案，然後編譯成dll，在這個過程中，我們在aspx中寫的任何html程式碼都會轉化為literal control，literal control是一個一般的文字控制元件，它就表示html標記。當這些標記有一樣的時候，構建控制元件樹的時候就會用到Flyweight模式。
它的應用並不是那麼平凡，只有在效率空間確實不高的時候我們才用它。

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