基于面向?qū)ο笏枷朐O(shè)計的應(yīng)用程序有時遇到需要場景大量相同或顯示對象實例的場景，這些數(shù)量龐大的實例很可能會消耗很多系統(tǒng)資源，最直接的就是內(nèi)存了。比如要一款圍棋游戲，如果每次落子都新建一個對象，將會占用大量內(nèi)存，而實際上棋子只有黑白兩色，不同的只是落子位置而已。另外，大量的主動型對象還會占用很多CPU和顯卡的計算資源，舉個極端的例子，某個游戲的沙漠場景，為了使游戲具有豐富的視覺效果，要求每一粒沙子都要隨著光線而有不同的呈現(xiàn)效果不同，這時候直接new當(dāng)然也是不現(xiàn)實的。

享元模式

享元模式提供了一種針對這類場景的解決方案。它通過共享已經(jīng)存在的對象來大幅度減少需要創(chuàng)建的對象數(shù)量、避免大量相似對象的開銷，從而提高系統(tǒng)資源的利用率，支持大量細粒度對象的復(fù)用。

UML類圖：

代碼實現(xiàn)

public abstract class Flyweight
{
    //內(nèi)部狀態(tài)
    public string Instrinsic { get; set; }
    //外部狀態(tài)
    protected string Extrinsic { get; set; }

    public Flyweight(string extrinsic)
    {
        this.Extrinsic = extrinsic;
    }

    //定義業(yè)務(wù)操作
    public abstract void Operate(int id);
}

public class ConcreteFlyweight : Flyweight
{
    //接受外部狀態(tài)
    public ConcreteFlyweight(String extrinsic) : base(extrinsic)
    {
    }

    //根據(jù)外部狀態(tài)進行邏輯處理
    public override void Operate(int id)
    {
        Console.WriteLine("Flyweight:" + id);
    }
}

public class UnsharedConcreteFlyweight : Flyweight
{

    public UnsharedConcreteFlyweight(String extrinsic) : base(extrinsic)
    {
    }

    public override void Operate(int id)
    {
        Console.WriteLine("不共享的Flyweight:" + id);
    }
}

public class FlyweightFactory
{
    //定義一個池容器
    private static Dictionary<String, Flyweight> pool = new Dictionary<String, Flyweight>();

    //享元工廠
    public static Flyweight GetFlyweight(string extrinsic)
    {
        Flyweight flyweight = null;
        if (pool.ContainsKey(extrinsic))
        {
            flyweight = pool[extrinsic];
            Console.Write($"已有{extrinsic} ");
        }
        else
        {
            flyweight = new ConcreteFlyweight(extrinsic);
            pool.Add(extrinsic, flyweight);
            Console.Write($"新建{extrinsic} ");
        }
        return flyweight;
    }
}

享元模式的核心是用一個池容器來緩存需要共享的對象，C#可以用Dictionary來實現(xiàn)。

內(nèi)部狀態(tài)與外部狀態(tài)
由于這些數(shù)量較大的細粒度對象有著相近的性質(zhì)，為了能共享這些對象，需要將這些對象的信息分為兩個部分：內(nèi)部狀態(tài)和外部狀態(tài)。

• 內(nèi)部狀態(tài)指對象共享出來的信息，存儲在享元對象內(nèi)部并且不會隨環(huán)境的改變而改變；
• 外部狀態(tài)指會隨環(huán)境改變而改變的、不可共享的狀態(tài)。
  比如前面圍棋的例子中，棋子的黑白兩色就可作為內(nèi)部狀態(tài)，落子位置則是外部狀態(tài)，將內(nèi)部狀態(tài)（黑、白兩色）作為對象間的本質(zhì)區(qū)別，只需要兩個對象就可以了，然后配合外部狀態(tài)（落子位置）的變化，就可以表示全部的棋子。

圍棋例子的誤導(dǎo)
使用圍棋這個例子會容易讓人產(chǎn)生一個困惑：既然實際上只有兩個對象（黑、白），那么是如何讓同一個對象即出現(xiàn)在位置A，又出現(xiàn)在位置B的呢？難不成像薛定諤的貓那樣，可以有多種狀態(tài)？
實際上這里所謂的共享對象，共享的應(yīng)該是對象的行為。在圍棋游戲中可以理解為，在畫布上繪制的棋子圖案。每個棋子對象都有個繪制棋子圖案的行為，通過設(shè)置不同的外部狀態(tài)（落子位置），就棋子的繪圖行為就會在畫布上不同的位置繪制圖案。

享元模式的適用場景

• 系統(tǒng)中有大量對象。
• 這些對象消耗大量內(nèi)存。
• 這些對象的狀態(tài)大部分可以外部化。
• 這些對象可以按照內(nèi)部狀態(tài)分為很多組，當(dāng)把外部對象從對象中剔除出來時，每一組對象都可以用一個對象來代替。
• 系統(tǒng)不依賴于這些對象的身份，這些對象是不可分辨的。

享元模式的優(yōu)缺點

優(yōu)點

• 大大減少對象的創(chuàng)建，降低系統(tǒng)的資源占用，提高效率。
• 由于抽離出了外部狀態(tài)和內(nèi)部狀態(tài)，外部狀態(tài)相對獨立，不會影響到內(nèi)部狀態(tài)，所以享元模式使得享元對象能夠在不同的環(huán)境被共享。
  缺點
• 增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，需要分離出外部狀態(tài)和內(nèi)部狀態(tài)，而且外部狀態(tài)具有固有化的性質(zhì)，不應(yīng)該隨著內(nèi)部狀態(tài)的變化而變化，否則會造成系統(tǒng)的混亂。
• 為了使對象可以共享，享元模式需要將享元對象的狀態(tài)外部化，而讀取外部狀態(tài)使得運行時間變長。

參考書籍：
王翔著 《設(shè)計模式——基于C#的工程化實現(xiàn)及擴展》