享元模式 (Flyweight Pattern)
意图
享元模式是一种结构型设计模式，它通过共享对象来减少内存消耗。享元模式主要用于管理大量相似对象，通过将这些对象共享，以减少系统的内存占用和提高效率。
问题
在现实世界中，考虑一个图形编辑器的场景，该编辑器需要处理大量的图形对象，例如多个相同的图标。如果每个图形对象都独立存储，其内存消耗将会非常大。
解决方案
使用享元模式，我们可以将相同的对象共享起来，只存储一个公共的共享部分，而将特有的、变化的部分存储在外部数据中。这样，可以显著减少对象的创建和内存消耗。
模式结构
- 享元（Flyweight）：定义对象的接口，可以提供一个共享的、可重用的对象。
- 具体享元（Concrete Flyweight）：实现享元接口，定义对象的共享部分。
- 享元工厂（Flyweight Factory）：管理享元对象的创建和共享，确保享元对象的共享和重用。
- 非共享享元（Unshared Flyweight）：定义非共享部分的接口，用于存储对象的特有部分。
代码
以下是使用Go语言实现的享元模式示例：
package main
import "fmt"
// 享元接口
type Flyweight interface {
Operation(extrinsicState string)
}
// 具体享元 - 图标
type ConcreteFlyweight struct {
intrinsicState string
}
func (f *ConcreteFlyweight) Operation(extrinsicState string) {
fmt.Printf("图标状态: %s, 外部状态: %s\n", f.intrinsicState, extrinsicState)
}
// 享元工厂
type FlyweightFactory struct {
flyweights map[string]Flyweight
}
func NewFlyweightFactory() *FlyweightFactory {
return &FlyweightFactory{flyweights: make(map[string]Flyweight)}
}
func (f *FlyweightFactory) GetFlyweight(key string) Flyweight {
if flyweight, exists := f.flyweights[key]; exists {
return flyweight
}
// 创建新的享元对象并存储
flyweight := &ConcreteFlyweight{intrinsicState: key}
f.flyweights[key] = flyweight
return flyweight
}
func main() {
factory := NewFlyweightFactory()
// 获取共享的享元对象
flyweight1 := factory.GetFlyweight("图标1")
flyweight2 := factory.GetFlyweight("图标2")
flyweight3 := factory.GetFlyweight("图标1") // 重用已有的享元对象
// 操作享元对象
flyweight1.Operation("外部状态1")
flyweight2.Operation("外部状态2")
flyweight3.Operation("外部状态3")
}
适用场景
- 系统中有大量相似对象，需要减少内存占用时。
- 对象的共享可以显著减少系统的内存消耗。
- 需要将对象的内外部状态分离，内外部状态的变化不会影响共享部分时。
实现方式
- 定义享元接口，声明共享部分的操作。
- 创建具体享元类，实现享元接口，并定义共享部分。
- 创建享元工厂类，管理享元对象的创建和共享。
- 在客户端代码中，通过享元工厂获取共享对象并操作。
优缺点
优点：
- 减少了内存使用，通过共享相同的对象来节省空间。
- 提高了性能，减少了对象创建的开销。
- 可以动态地创建和管理享元对象，灵活性较高。
缺点：
- 需要正确设计享元对象的共享和管理策略。
- 可能会增加系统的复杂性，特别是在享元工厂和享元对象之间的协调。
其他模式的关系
- 享元模式与装饰器模式（Decorator Pattern）：装饰器模式用于动态地为对象添加职责，而享元模式用于共享对象以减少内存占用。它们可以结合使用，例如在享元对象中应用装饰器来增强其功能。
- 享元模式与代理模式（Proxy Pattern）：代理模式用于控制对对象的访问，而享元模式用于共享对象以减少内存消耗。两者可以结合使用，例如通过代理模式访问享元对象。
- 享元模式与组合模式（Composite Pattern）：组合模式用于将对象组合成树形结构以表示部分-整体的层次结构，而享元模式用于减少大量相似对象的内存占用。在组合模式中，可以使用享元模式来管理和共享相似的叶子对象。