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浅谈设计模式十八: 享元模式(Flyweight)

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1 实例

绘画培训班内，一次绘图课上，每个学员要练习大量不同颜色的圆形，那么如果为每个学员都实例和维护不同颜色圆的实例话，将产生很多重复颜色的圆，占用很多存储开销，那么如何大家共享这些圆的实例呢？

2 享元模式(Flyweight)

2.1 目的

使用共享机制来有效支持大量细粒度的对象。

2.2 实现

这里圆形作为享元类，可以被大家所共享，并建立相应的享元工厂类来创建和管理享元对象。并确保合理的共享享元类。当一个客户请求一个享元类时，享元工厂对象提供一个已存在的实例或如果不存在就创建一个。代码实例在这里。

2.2.1 享元类： CIrcle

颜色作为它的一个状态。 

class Circle : public Shape {
 public:
  explicit Circle(string color);
  virtual ~Circle();
  void set_x(int x) {x_ = x;}
  void set_y(int y) {y_ = y;}
  void set_radius(int radius) {radius_ = radius;}
  virtual void draw();
 private:
  string color_;
  int x_;
  int y_;
  int radius_;
};

2.2.2 享元工厂类

利用 map 把颜色作为标识来存储享元类。 

class ShapeFactory {
 public:
  virtual ~ShapeFactory();
  static Shape* getCircle(string color);
 private:
  static map<string, Shape*> *map_;
};

Shape* ShapeFactory::getCircle(string color) {
  map<string, Shape*>::iterator it;
  it = map_->find(color);
  if (it != map_->end()) {
    return it->second;
  }
  Circle *circle = new Circle(color);
  map_->insert(std::pair<string, Shape*>(color, circle));
  cout << "Creating circle of color:" << color << endl;
  return circle;
}

2.2.3 学员共享图形实例

int main(int argc, char *argv[]) {
  vector<string> colors;
  colors.push_back("Red");
  colors.push_back("Green");
  colors.push_back("Blue");
  colors.push_back("White");
  colors.push_back("Black");

  for(int i = 0; i < 20; ++i) {
    Circle *circle = dynamic_cast<Circle *>(ShapeFactory::getCircle(
        getRandomColor(colors)));
    circle->set_x(getRandomX());
    circle->set_y(getRandomY());
    circle->set_radius(100);
    circle->draw();
  }
  return 0;
}

3 总结

3.1 享元模式(Flyweight)结构

3.2 组成

  • 抽象享元类（Flyweight）声明一个接口，通过这个接口享元类（Flyweight）可以接收和作用于外部状态。
  • 具体享元类（ConcreteFlyweight）实现抽象享元类的接口并为内部状态增加存储空间。具体享元类（ConcreteFlyweight）必须是可共享的。它存储的任何状态必须是内部的，也就是说它必须独立于具体享元类（ConcreteFlyweight）所处的场景。
  • 非共享的具体享元类（UnsharedConcreteFlyweight）不是所有的享元子类必须可共享的。享元类接口使得共享成为可能，但并不强制要求它。通常在享元对象结构的某些层次上，非共享的具体享元素（UnsharedConcreteFlyweight）对象把具体享元素（ConcreteFlyweight）对象作为子节点。
  • 享元工厂类（FlyweightFactory）
    1. 创建和管理享元对象。
    2. 确保合理的共享享元类。当一个客户请求一个享元类时，享元工厂对象提供一个已存在的实例或如果不存在就创建一个。
  • 客户
    1. 维护享元类的引用。
    2. 计算或存储享元类的外部状态。

3.3 应用场景

享元模式的有效性严重依赖于如何和在哪被使用。应用享元模式当 以下条件都相符 时：

  • 一个应用使用大量的对象。
  • 因为大量的对象，从而造成很大的存储开销。
  • 大多数对象状态可以外部化。
  • 一旦消除外部状态后，许多组的对象能被相对较少的共享对象所替换。
  • 应用不依赖于对象的标识。因为享元对象可以被共享，那么对于概念上有别的对象，标识测试也会返回真值。

3.4 缺点

共享模式会引入运行时间开销伴随着传送，找寻，或计算外部状态，特别是如果它之前内部存储。但是如此的开销被空间节省抵消，越是更多的享元类被共享越是增加节省的空间。

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