現在在大力推行節約型社會，“浪費可恥，節儉光榮”。在軟體系統中，有時候也會存在資源浪費的情況，例如，在計算機記憶體中儲存了多個完全相同或者非常相似的物件，如果這些物件的數量太多將導致系統執行代價過高。那麼，是否存在一種技術可以用於節約記憶體使用空間，實現對這些相同或者相似物件的共享訪問呢？答案是肯定的，這種技術就是享元模式。

一、圍棋棋子的設計

M公司開發部欲開發一個圍棋軟體，其介面效果如下圖所示：

　　M公司開發人員通過對圍棋軟體進行分析，發現在圍棋棋盤中包含大量的黑子和白子，它們的形狀、大小都一模一樣，只是出現的位置不同而已。如果將每一個棋子都作為一個獨立的物件儲存在記憶體中，將可能導致該圍棋軟體在執行時所需要的記憶體空間較大。

　　如何降低執行代價、提高系統性能是M公司開發人員需要解決的一個問題。為此，M公司開發人員決定使用享元模式來設計該軟體。

二、享元模式概述

2.1 享元模式簡介

享元（Flyweight）模式：運用共享技術有效地支援大量細粒度物件的複用。系統只使用少量的物件，而這些物件都很相似，狀態變化很小，可以實現物件的多次複用。由於享元模式要求能夠共享的物件必須是細粒度物件，因此它又稱為輕量級模式，是一種結構型模式。

2.2 享元模式結構

　　享元模式的結構較為複雜，一般結合工廠模式一起使用，在其結構圖中包含了一個享元工廠類，如下圖所示：

　　由上圖可以看出，它包含了以下4個角色：

　　（1）Flyweight（抽象享元類）：一個介面或抽象類，聲明瞭具體享元類的公共方法。

　　（2）ConcreteFlyweight（具體享元類）：實現了抽象享元類，其例項稱為享元物件。

　　（3）UnsharedConcreteFlyweight（非共享具體享元類）：並不是所有的抽象享元類的子類都需要被共享，不能被共享的子類可設計為費共享具體享元類。

　　（4）FlyweightFactory（享元工廠類）：用於建立並管理享元物件，一般設計為一個儲存“Key-Value”鍵值對的集合（可以結合工廠模式設計）。其作用就在於：提供一個用於儲存享元物件的享元池，當用戶需要物件時，首先從享元池中獲取，如果享元池中不存在，那麼則建立一個新的享元物件返回給使用者，並在享元池中儲存該新增物件。=> 想想.NET中的各種資源池的設計？

三、重構後的圍棋棋子方案

3.1 重構後的設計

　　M公司開發人員採用了享元模式進行設計，如下圖所示：

　　其中，IgoChessman充當抽象享元類，BlackIgoChessman和WhiteIgoChessman充當具體享元類，IgoChessmanFactory充當享元工廠類。

3.2 具體程式碼實現

　　（1）抽象享元類：IgoChessman

    public abstract class IgoChessman
    {
        public abstract string GetColor();

        public void Display(Coordinates coord)
        {
            Console.WriteLine("棋子顏色：{0}，棋子位置：{1}", GetColor(), coord.X + "," + coord.Y);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 外部狀態：棋子座標
    /// </summary>
    public class Coordinates
    {
        public int X { get; set; }
        public int Y { get; set; }

        public Coordinates()
        {

        }

        public Coordinates(int x, int y)
        {
            this.X = x;
            this.Y = y;
        }
    }

　　（2）具體享元類：BlackIgoChessman、WhiteIgoChessman

    // 具體享元類A
    public class BlackIgoChessman : IgoChessman
    {
        public override string GetColor()
        {
            return "黑色";
        }
    }

    // 具體享元類B
    public class WhiteIgoChessman : IgoChessman
    {
        public override string GetColor()
        {
            return "白色";
        }
    }

　　（3）享元工廠類：IgoChessmanFactory

    /// <summary>
    /// 享元工廠類
    /// </summary>
    public class IgoChessmanFactory
    {
        private static readonly IgoChessmanFactory instance = new IgoChessmanFactory(); // 使用單例模式實現享元
        private static Hashtable ht;    // 使用Hashtable來儲存享元物件，充當享元池

        private IgoChessmanFactory()
        {
            ht = new Hashtable();
            IgoChessman blackChess = new BlackIgoChessman();
            ht.Add("b", blackChess);
            IgoChessman whiteChess = new WhiteIgoChessman();
            ht.Add("w", whiteChess);
        }

        public static IgoChessmanFactory GetInstance()
        {
            return instance;
        }

        public IgoChessman GetIgoChessman(string color)
        {
            IgoChessman chess = ht[color] as IgoChessman;
            return chess;
        }
    }

　　（4）客戶端呼叫

    public class Program
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            // 獲取享元工廠
            IgoChessmanFactory chessFactory = IgoChessmanFactory.GetInstance();
            // 通過享元工廠獲取3顆黑子
            IgoChessman blackChess1 = chessFactory.GetIgoChessman("b");
            IgoChessman blackChess2 = chessFactory.GetIgoChessman("b");
            IgoChessman blackChess3 = chessFactory.GetIgoChessman("b");

            Console.WriteLine("判斷兩顆黑子是否相同：{0}", object.ReferenceEquals(blackChess1, blackChess2));
            // 通過享元工廠獲取2顆白子
            IgoChessman whiteChess1 = chessFactory.GetIgoChessman("w");
            IgoChessman whiteChess2 = chessFactory.GetIgoChessman("w");

            Console.WriteLine("判斷兩顆白子是否相同：{0}", object.ReferenceEquals(whiteChess1, whiteChess2));
            // 顯示棋子
            blackChess1.Display(new Coordinates(1,2));
            blackChess2.Display(new Coordinates(3, 4));
            blackChess3.Display(new Coordinates(1, 3));
            whiteChess1.Display(new Coordinates(2, 5));
            whiteChess2.Display(new Coordinates(2, 4));

            Console.ReadKey();
        }
    }

　　執行結果如下圖所示：

　　從執行結果可以看出，在每次呼叫Display()方法時，都設定了不同的外部狀態-座標值，因此相同的棋子雖然具有相同的顏色，但是它們的座標值不同，將顯示在棋盤的不同位置。

四、享元模式總結

4.1 主要優點

　　可以極大減少記憶體中物件的數量，使得相同或相似物件在記憶體中只有一份 => 節省系統資源，提高系統性能！棒棒噠！

4.2 主要缺點

　　為了使物件可以共享，享元模式需要將享元物件的部分狀態外部化，而讀取外部狀態將使得執行時間變長！

4.3 應用場景

　　（1）一個系統有大量相同或相似的物件，造成了系統記憶體的大量損耗 => 趕緊使用享元模式吧！

　　（2）物件的大部分狀態都可以外部化，可以將這些外部狀態傳入物件中。

　　（3）要維護享元模式，需要耗費一定的系統資源，因為在需要時會多次重複使用才值得使用享元模式了！

參考資料

　　劉偉，《設計模式的藝術—軟體開發人員內功修煉之道》

作者：周旭龍

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