.NET 设计模式—享元模式(Flyweight Pattern)

简介

享元模式（Flyweight Pattern）是一种结构型设计模式，它旨在减少系统中相似对象的内存占用或计算开销，通过共享相同的对象来达到节省资源的目的。

享元模式提供了一种高效地共享对象的方式，从而减少了内存占用和提高了性能，但需要注意的是，使用享元模式会增加系统的复杂性，因为它需要维护共享对象池。

角色

• 抽象享元角色（IFlyweight）：享元对象抽象基类或接口，同时定义出对象的外部状态和内部状态的接口或实现。
• 具体享元角色（ConcreteFlyweight）：实现抽象角色定义的业务。该角色的内部状态处理应该与环境无关，不会出现一个操作改变内部状态，同时修改了外部状态的情况。
• 享元工厂（FlyweightFactory）：负责管理享元对象池和创建享元对象。

优点

• 大大减少对象的创建，降低系统的内存，使效率提高。

缺点

• 提高了系统的复杂度，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固有化的性质，不应该随着内部状态的变化而变化，否则会造成系统的混乱。

应用场景

• 大量相似对象：当一个应用程序需要创建大量相似的对象，而这些对象的区别仅在于它们的外部状态时，可以使用享元模式。通过共享内部状态，可以减少内存消耗，提高性能。
• 内部状态和外部状态：如果一个对象的状态可以分为内部状态（可以共享）和外部状态（不可共享），那么可以使用享元模式。内部状态在对象内部管理，而外部状态在对象外部管理，根据需要传递给享元对象。
• 缓存：享元模式可以用于实现缓存。例如，在计算密集型应用程序中，可以将计算结果缓存起来，以便在相同输入情况下可以重复使用。
• 字形或图标管理：在图形处理软件中，字符、字形或图标通常是相似的，可以使用享元模式来共享它们的共同部分，减少内存占用。
• 线程池：线程池可以使用享元模式来管理可重用的线程对象，减少线程的创建和销毁开销。
• 游戏开发：在游戏开发中，可以使用享元模式来管理游戏中的角色、道具或粒子效果等。

实现

using System;
using System.Collections.Generic;
 
public class FlyweightFactory
{
    private Dictionary<string, Flyweight> _flyweights = new Dictionary<string, Flyweight>();
 
    public Flyweight GetFlyweight(string key)
    {
        if (!_flyweights.ContainsKey(key))
        {
            _flyweights.Add(key, new ConcreteFlyweight(key));
        }
        return _flyweights[key];
    }
}
 
public abstract class Flyweight
{
    protected string _intrinsicState;
 
    protected Flyweight(string intrinsicState)
    {
        this._intrinsicState = intrinsicState;
    }
 
    public abstract void Operation(int extrinsicState);
}
 
public class ConcreteFlyweight : Flyweight
{
    public ConcreteFlyweight(string intrinsicState) : base(intrinsicState)
    {
    }
 
    public override void Operation(int extrinsicState)
    {
        // 具体操作实现
        Console.WriteLine($"Intrinsic State: {_intrinsicState}, Extrinsic State: {extrinsicState}");
    }
}
 
// 使用
public class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
 
        Flyweight flyweight1 = factory.GetFlyweight("A");
        flyweight1.Operation(2);
 
        Flyweight flyweight2 = factory.GetFlyweight("B");
        flyweight2.Operation(3);
 
        // 由于A已经存在，不会创建新的对象
        Flyweight flyweight3 = factory.GetFlyweight("A");
        flyweight3.Operation(4);
    }
}