开发者社区> 会敲键盘的肘子> 正文
阿里云
为了无法计算的价值
打开APP
阿里云APP内打开

【设计模式】C#实现享元模式

简介: Flyweight Design Pattern,结构型模式。享元模式中的“享元”指被共享的单元。享元模式通过复用对象,以达到节省内存的目的。
+关注继续查看

1、概述

Flyweight Design Pattern,结构型模式。享元模式中的“享元”指被共享的单元。享元模式通过复用对象,以达到节省内存的目的。

用于减少创建对象的数量,以减少内存占用和提高性能。尝试复用现有的同类对象,如果未找到匹配的对象,则创建新对象。

运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似对象的开销,从而提高系统资源的利用率。

享元(Flyweight )模式中存在以下两种状态:

  1. 内部状态,即不会随着环境的改变而改变的可共享部分。
  2. 外部状态,指随环境改变而改变的不可以共享的部分。享元模式的实现要领就是区分应用中的这两种状态,并将外部状态外部化。

享元模式的主要有以下角色:

  • 抽象享元角色(Flyweight):通常是一个接口或抽象类,在抽象享元类中声明了具体享元类公共的方法,这些方法可以向外界提供享元对象的内部数据(内部状态),同时也可以通过这些方法来设置外部数据(外部状态)。
  • 具体享元(Concrete Flyweight)角色 :它实现了抽象享元类,称为享元对象;在具体享元类中为内部状态提供了存储空间。通常我们可以结合单例模式来设计具体享元类,为每一个具体享元类提供唯一的享元对象。
  • 非享元(Unsharable Flyweight)角色 :并不是所有的抽象享元类的子类都需要被共享,不能被共享的子类可设计为非共享具体享元类;当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建。
  • 享元工厂(Flyweight Factory)角色 :负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时,享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象,如果存在则提供给客户;如果不存在的话,则创建一个新的享元对象。

2、 实现思路

【例】象棋

一个游戏厅中有成千上万个“房间”,每个房间对应一个棋局。棋局要保存每个棋子的数据,比如:棋子类型(将、相、士、炮等)、棋子颜色(红方、黑方)、棋子在棋局中的位置。利用这些数据,我们就能显示一个完整的棋盘给玩家。

代码如下:

象棋有不同的类型、颜色,我们可以对这些向上抽取出AbstractPiece,用来定义共性的属性和行为。

public abstract class AbstractPiece
    {
        /// <summary>
        /// Id
        /// </summary>
        public int Id { get; set; }

        /// <summary>
        /// 车:Rooks
        /// 马:Knights(Mao)
        /// 象/相:Elephants
        /// 士/仕:Mandarins
        /// 将/帅:King /General
        /// 炮:Cannons(Pao)
        /// 卒/兵:Pawns
        /// </summary>
        public string Text { get; set; }

        /// <summary>
        /// 红/黑方
        /// </summary>
        public Color Color { get; set; }

        /// <summary>
        /// 棋盘X轴位置
        /// </summary>
        public int PositionX { get; set; }

        /// <summary>
        /// 棋盘Y轴位置
        /// </summary>
        public int PositionY { get; set; }

        public AbstractPiece(string text, Color color, int id) 
        {
            this.Text = text;
            this.Color = color;
            this.Id = id;
        }

        /// <summary>
        /// 获取棋子Text
        /// </summary>
        public string getPiece()
        {
            return this.Text;
        }

    }

接下来就是定义不同的类型了。

public class CannonPiece : AbstractPiece
    {
        public CannonPiece(string text, Color color, int id) : base(text, color, id)
        {

        }
    }

public class KnightPiece:AbstractPiece
    {
        public KnightPiece(string text, Color color, int id) : base(text, color, id)
        {

        }
    }

public class RookPiece : AbstractPiece
    {
        public RookPiece(string text, Color color, int id):base(text, color,id)
        { 
        
        }
    }

提供了一个工厂类(PieceFactory),用来管理享元对象(也就是AbstractPiece子类对象),该工厂类对象只需要一个,所以可以使用单例模式。并给工厂类提供一个获取类型的方法。

public class PieceFactory
    {
        private Dictionary<string, AbstractPiece> picees;
        private PieceFactory()
        {
            picees = new Dictionary<string, AbstractPiece>();
            picees.Add("红车",new RookPiece("车",Color.Red,1));
            picees.Add("红炮", new CannonPiece("炮", Color.Red, 2));
            picees.Add("红马", new KnightPiece("马", Color.Red, 3));
            picees.Add("黑车", new RookPiece("车", Color.Red, 4));
            picees.Add("黑炮", new CannonPiece("炮", Color.Red, 5));
            picees.Add("黑马", new KnightPiece("马", Color.Red, 6));
        }

        private static PieceFactory _Instance = new PieceFactory();
        public static PieceFactory CreateSingleton()
        {
            return _Instance;
        }

        public AbstractPiece getPiece(string key)
        {
            return picees[key];
        }
    }

最后,我们验证一下:

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            PieceFactory piece = PieceFactory.CreateSingleton();
            AbstractPiece piece1 = piece.getPiece("红车");
            AbstractPiece piece2 = piece.getPiece("红炮");
            AbstractPiece piece3 = piece.getPiece("红马");
            AbstractPiece piece4 = piece.getPiece("黑马");
            AbstractPiece piece5 = piece.getPiece("黑马");
            piece5.PositionX = 1;
            piece5.PositionY = 2;

            piece4.PositionX = 3;
            piece4.PositionY = 4;

            Console.WriteLine($"红车和红炮是否一个对象{piece1 == piece2}");
            Console.WriteLine($"红马和黑马是否一个对象{piece3 == piece4}");
            Console.WriteLine($"获取两次的黑马是否一个对象{piece4 == piece5}");
        }
    }
******************【运行结果】****************** 
红车和红炮是否一个对象False
红马和黑马是否一个对象False
获取两次的黑马是否一个对象True

利用工厂类缓存棋子的信息(也就是id、text、color)。通过工厂类获取到的AbstractPiece就是享元。所有的棋盘对象共享这32个AbstractPiece对象(因为象棋中只有32个棋子)。在使用享元模式之前,记录1万个棋局,我们要创建32万(32*1万)个棋子的AbstractPiece对象。利用享元模式,我们只需要创建32个享元对象供所有棋局共享使用即可,大大节省了内存。

主要通过工厂模式,在工厂类中,通过字典缓存已创建过的享元对象,达到复用。

3、优缺点和使用场景

3.1 优点
  • 极大减少内存中相似或相同对象数量,节约系统资源,提供系统性能
  • 享元模式中的外部状态相对独立,且不影响内部状态
3.2 缺点:

为了使对象可以共享,需要将享元对象的部分状态外部化,分离内部状态和外部状态,使程序逻辑复杂

3.3 使用场景:
  • 一个系统有大量相同或者相似的对象,造成内存的大量耗费。
  • 对象的大部分状态都可以外部化,可以将这些外部状态传入对象中。
  • 在使用享元模式时需要维护一个存储享元对象的享元池,而这需要耗费一定的系统资源,因此,应当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。

4、对比

4.1 V.S 单例

单例模式,一个类只能创建一个对象。
享元模式,一个类可以创建多个对象,每个对象被多处代码引用共享。实际上,享元模式有点类似于之前讲到的单例的变体:多例。

区别设计模式,不能光看代码,而要看设计意图,即要解决啥问题。享元模式是为对象复用,节省内存,单例模式是为限制对象个数。

4.2 V.S 缓存

享元模式实现,通过工厂类来“缓存”已经创建好的对象。这里的“缓存”实际上是“存储”的意思,跟我们平时所说的“数据库缓存”“CPU缓存”“MemCache缓存”是两回事。我们平时所讲的缓存,主要是为了提高访问效率,而非复用。

5、总结

所谓“享元”,顾名思义就是被共享的单元。享元模式的意图是复用对象,节省内存,前提是享元对象是不可变对象。具体来讲,当一个系统中存在大量重复对象的时候,我们就可以利用享元模式,将对象设计成享元,在内存中只保留一份实例,供多处代码引用,这样可以减少内存中对象的数量,以起到节省内存的目的。实际上,不仅仅相同对象可以设计成享元,对于相似对象,我们也可以将这些对象中相同的部分(字段),提取出来设计成享元,让这些大量相似对象引用这些享元。

版权声明:本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献,版权归原作者所有,阿里云开发者社区不拥有其著作权,亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《阿里云开发者社区用户服务协议》和《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,填写侵权投诉表单进行举报,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。

相关文章
设计模式(18) -- 享元模式
设计模式(18) -- 享元模式
8 0
设计模式-7-享元模式
享元模式(Flyweight Pattern)就是搞一个缓存池,找对象先在池中找,如果未找到匹配的对象,再创建新对象。通过重用现有的同类对象减少创建对象的数量,以减少内存占用和提高性能。也是属于结构型模式。
15 0
【设计模式】C#实现单例模式
单例模式:某一个类在系统中只需要有一个实例对象,而且对象是由这个类自行实例化并提供给系统其它地方使用。单例模式属于一种创建型设计模式。
42 0
设计模式(十二)享元模式
如果系统中可能存在大量相同的对象,那么我们可以建立缓存池之类的东西,将这些重复对象进行复用。这种设计模式就是享元模式。 假设有一个游戏,里面需要汽车和摩托车两种载具。
633 0
C++设计模式
简述 设计模式(Design pattern)代表了最佳的实践,在面向对象的编程中被很多老鸟们反复使用。使用设计模式是有很多好处,例如: 可重用代码 使代码更易被他人理解 保证代码可靠性 …… 毫无疑问,设计模式于己于人于系统都是多赢的。《设计模式》之于程序员,就好比《圣经》之于耶稣信徒一样,意义可想而知! 简述 什么是 GoF 设计模式的类型 创建型模
1910 0
文章
问答
文章排行榜
最热
最新
相关电子书
更多
低代码开发师(初级)实战教程
立即下载
阿里巴巴DevOps 最佳实践手册
立即下载
冬季实战营第三期:MySQL数据库进阶实战
立即下载