4.6 FlyWeight 享元模式

意图：

运用共享技术邮箱地支持大量细粒度的对象。

 

享元模式可以避免大量非常相似类的开销。在程序设计中，有时需要生成大量细粒度的类实例来表示数据。如果能发现这些实例除了几个参数外基本上都是相同的，有时就能够受大幅度地减少需要实例化的类的数量。如果能把那些参数移到类实例的外面，在方法调用时将它们传递进来，就可以通过共享大幅度地减少单个实例的数目。

在现实中什么时候才会应该考虑使用享元模式呢？如果一个应用程序使用了大量的对象，而大量的这些对象造成了很大的存储开销时就应该考虑使用；还有就是对象的大多数状态可以外部状态，如果删除对象的外部状态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象，此时可以考虑使用享元模式。

 

想想我们编辑文档用的wps，文档里文字很多都是重复的，我们不可能为每一个出现的汉字都创建独立的空间，这样代价太大，最好的办法就是共享其中相同的部分，使得需要创建的对象降到最小，这个就是享元模式的核心，即运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

享元对象能做到共享的关键是区分内蕴状态（Internal State）和外蕴状态（External State）。内蕴状态是存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改变。因此内蕴状态并可以共享。

外蕴状态是随环境改变而改变的、不可以共享的状态。享元对象的外蕴状态必须由客户端保存，并在享元对象被创建之后，在需要使用的时候再传入到享元对象内部。外蕴状态与内蕴状态是相互独立的。

 

UML图：

抽象享元类（Flyweight）

它是所有具体享元类的超类。为这些类规定出需要实现的公共接口,那些需要外蕴状态(Exte的操作可以通过方法的参数传入。抽象享元的接口使得享元变得可能，但是并不强制子类实行共享，因此并非所有的享元对象都是可以共享的。

具体享元类(ConcreteFlyweight)

具体享元类实现了抽象享元类所规定的接口。如果有内蕴状态的话，必须负责为内蕴状态提供存储空间。享元对象的内蕴状态必须与对象所处的周围环境无关，从而使得享元对象可以在系统内共享。有时候具体享元类又称为单纯具体享元类，因为复合享元类是由单纯具体享元角色通过复合而成的。

不能共享的具体享元类(UnsharableFlyweight)

不能共享的享元类，又叫做复合享元类。一个复合享元对象是由多个单享元对象组成，这些组成的对象是可以共享的，但是复合享元类本身并不能共享。

享元工厂类(FlyweightFactoiy)

享元工厂类负责创建和管理享元对象。当一个客户端对象请求一个享元对象的时候，享元工厂需要检查系统中是否已经有一个符合要求的享元对象，如果已经有了，享元工厂角色就应当提供这个已有的享元对象；如果系统中没有适当的享元对象的话，享元工厂角色就应当创建一个新的合适的享元对象。

客户类(Client)

客户类需要自行存储所有享元对象的外蕴状态。

 

仿照大话设计模式上的代码：

#include <iostream>#include <hash_map>#include <string>using namespace std;using namespace stdext;class User{private:string name;public:User(const string &name) : name(name){}string GetName() const{return name;}};class WebSite{public:virtual void Use(User *user){}};class ConcreteWebSite : public WebSite{private:string name;public:ConcreteWebSite(const string &name) : name(name){}virtual void Use(User *user){cout<<"网站分类："<<name<<"用户："<<user->GetName()<<endl;}};class WebSiteFactory{private:hash_map<string, WebSite*> flyweights;public:WebSite *GetWebSiteCategory(const string &key){if (!flyweights.count(key)) {flyweights[key] = new ConcreteWebSite(key);}return flyweights[key];}int GetCounter() const{return flyweights.size();}~WebSiteFactory(){hash_map<string, WebSite*>::const_iterator hashIter;for (hashIter=flyweights.begin(); hashIter!=flyweights.end(); ++hashIter){WebSite *pwebSite = hashIter->second;if (pwebSite) {delete pwebSite;pwebSite = NULL;}}}};int main(int argc, char **argv){WebSiteFactory *f = new WebSiteFactory();WebSite *fx = f->GetWebSiteCategory("产品展示");fx->Use(new User("张三"));WebSite *fy = f->GetWebSiteCategory("产品展示");fy->Use(new User("李四"));WebSite *fz = f->GetWebSiteCategory("产品展示");fz->Use(new User("王五"));WebSite *fl = f->GetWebSiteCategory("博客");fl->Use(new User("赵六"));WebSite *fm = f->GetWebSiteCategory("博客");fm->Use(new User("钱七"));WebSite *fn = f->GetWebSiteCategory("博客");fn->Use(new User("孙八"));cout<<"得到分类网站的总数为"<<f->GetCounter()<<endl;system("pause");return 0;}

要点

1、面向对象很好的解决了抽象性的问题，但是作为一个运行在机器中的程序实体，我们需要考虑对象的代价问题。Flyweight设计模式主要解决面向对象的代价问题，一般不触及面向对象的抽象性问题。

2、Flyweight采用对象共享的做法来降低系统中对象的个数，从而降低细粒度对象给系统带来的内存压力。在具体实现方面，要注意对象状态的处理。

3、享元模式的优点在于它大幅度地降低内存中对象的数量。但是，它做到这一点所付出的代价也是很高的：享元模式使得系统更加复杂。为了使对象可以共享，需要将一些状态外部化，这使得程序的逻辑复杂化。另外它将享元对象的状态外部化，而读取外部状态使得运行时间稍微变长。

适用性

当以下所有的条件都满足时，可以考虑使用享元模式：

1、一个系统有大量的对象。

2、这些对象耗费大量的内存。

3、这些对象的状态中的大部分都可以外部化。

4、这些对象可以按照内蕴状态分成很多的组，当把外蕴对象从对象中剔除时，每一个组都可以仅用一个对象代替。

5、软件系统不依赖于这些对象的身份，换言之，这些对象可以是不可分辨的。

满足以上的这些条件的系统可以使用享元对象。最后，使用享元模式需要维护一个记录了系统已有的所有享元的表，而这需要耗费资源。因此，应当在有足够多的享元实例可供共享时才值得使用享元模式。

优缺点

享元模式的优点在于它大幅度地降低内存中对象的数量。但是，它做到这一点所付出的代价也是很高的：

1、享元模式使得系统更加复杂。为了使对象可以共享，需要将一些状态外部化，这使得程序的逻辑复杂化。

2、享元模式将享元对象的状态外部化，而读取外部状态使得运行时间稍微变长。