實現物件的複用——享元模式（一）

        當前我們們國家正在大力倡導構建和諧社會，其中一個很重要的組成部分就是建設資源節約型社會，“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，記憶體屬於計算機的“稀缺資源”，不應該用來“隨便浪費”，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，這種技術就是我們本章將要學習的享元模式。

14.1 圍棋棋子的設計

Sunny軟體公司欲開發一個圍棋軟體，其介面效果如圖14-1所示： 圖14-1 圍棋軟體介面效果圖

      Sunny軟體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，將導致該圍棋軟體在執行時所需記憶體空間較大，如何降低執行代價、提高系統效能是Sunny公司開發人員需要解決的一個問題。為了解決這個問題，Sunny公司開發人員決定使用享元模式來設計該圍棋軟體的棋子物件，那麼享元模式是如何實現節約記憶體進而提高系統效能的呢？彆著急，下面讓我們正式進入享元模式的學習。

14.2 享元模式概述

      當一個軟體系統在執行時產生的物件數量太多，將導致執行代價過高，帶來系統效能下降等問題。例如在一個文字字串中存在很多重複的字元，如果每一個字元都用一個單獨的物件來表示，將會佔用較多的記憶體空間，那麼我們如何去避免系統中出現大量相同或相似的物件，同時又不影響客戶端程式通過物件導向的方式對這些物件進行操作？享元模式正為解決這一類問題而誕生。享元模式通過共享技術實現相同或相似物件的重用，在邏輯上每一個出現的字元都有一個物件與之對應，然而在物理上它們卻共享同一個享元物件，這個物件可以出現在一個字串的不同地方，相同的字元物件都指向同一個例項，在享元模式中，儲存這些共享例項物件的地方稱為享元池(Flyweight Pool)。我們可以針對每一個不同的字元建立一個享元物件，將其放在享元池中，需要時再從享元池取出。如圖14-2所示：

圖14-2 字元享元物件示意圖

      享元模式以共享的方式高效地支援大量細粒度物件的重用，享元物件能做到共享的關鍵是區分了內部狀態(Intrinsic State)和外部狀態(Extrinsic State)。下面將對享元的內部狀態和外部狀態進行簡單的介紹：

      (1)  內部狀態是儲存在享元物件內部並且不會隨環境改變而改變的狀態，內部狀態可以共享。如字元的內容，不會隨外部環境的變化而變化，無論在任何環境下字元“a”始終是“a”，都不會變成“b”。

      (2)  外部狀態是隨環境改變而改變的、不可以共享的狀態。享元物件的外部狀態通常由客戶端儲存，並在享元物件被建立之後，需要使用的時候再傳入到享元物件內部。一個外部狀態與另一個外部狀態之間是相互獨立的。如字元的顏色，可以在不同的地方有不同的顏色，例如有的“a”是紅色的，有的“a”是綠色的，字元的大小也是如此，有的“a”是五號字，有的“a”是四號字。而且字元的顏色和大小是兩個獨立的外部狀態，它們可以獨立變化，相互之間沒有影響，客戶端可以在使用時將外部狀態注入享元物件中。

      正因為區分了內部狀態和外部狀態，我們可以將具有相同內部狀態的物件儲存在享元池中，享元池中的物件是可以實現共享的，需要的時候就將物件從享元池中取出，實現物件的複用。通過向取出的物件注入不同的外部狀態，可以得到一系列相似的物件，而這些物件在記憶體中實際上只儲存一份。

      享元模式定義如下：

享元模式(Flyweight Pattern)：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，它是一種物件結構型模式。

【作者：劉偉  http://blog.csdn.net/lovelion】