设计模式-09 - 享元模式 flyweight pattern
1.定义
享元模式是一种设计模式，它使用共享对象来减少内存使用和提高性能。它通过存储共享的对象实例池来实现，这些实例可以被多个客户端同时使用。
享元模式定义了一个接口，使客户端可以访问共享的轻量级对象。享元可以根据其内部状态进行细分，客户端只需要提供它需要的状态即可。享元对象被存储在共享池中，如果客户端请求一个已经存在的享元，则会返回该享元，否则会创建一个新的享元并将其添加到池中。
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| Flyweight Factory |
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| Concrete Flyweight |
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| Context (with Flyweight) |
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说明：
- Flyweight Factory：创建和管理享元对象。
- Concrete Flyweight：实现享元接口的具体对象。享元对象是轻量级的、不可变的，并且具有大量重复实例。
- Context：使用享元对象，并为其提供外部状态。
2.内涵
享元模式通常用于以下场景：
- 当需要大量相同或相似对象时，例如在图形应用程序中表示图像或文本。
- 当对象状态存储在外部数据结构中时，例如在数据库或缓存中。
- 当对象创建或销毁成本很高时。
一个常见的享元模式示例是字符集中的字符对象。每个字符都可以表示为享元对象，其状态是字符的外观。当需要显示文本时，应用程序可以请求字符享元，而不需要为每个字符创建一个单独的对象。
享元模式与其他设计模式有一些相似之处：
- 单例模式：享元模式与单例模式类似，因为它创建了一个共享对象，但享元模式允许创建多个共享对象。
- 工厂方法模式：享元模式可以使用工厂方法模式来创建共享对象。
- 策略模式：享元模式可以使用策略模式来存储对象的内部状态。
3.使用示例
#include <iostream>
#include <unordered_map>
// Flyweight class
class Character {
public:
Character(char intrinsicState) : m_intrinsicState(intrinsicState) {}
void draw(int extrinsicState) {
std::cout << "Drawing character '" << m_intrinsicState << "' at position " << extrinsicState << std::endl;
}
private:
char m_intrinsicState;
};
// Flyweight factory
class CharacterFactory {
public:
Character* getCharacter(char key) {
if (m_characters.find(key) == m_characters.end()) {
m_characters[key] = new Character(key);
}
return m_characters[key];
}
private:
std::unordered_map<char, Character*> m_characters;
};
int main() {
CharacterFactory characterFactory;
// Extrinsic state
int position = 0;
// Drawing characters 'A', 'B', 'C' at different positions
characterFactory.getCharacter('A')->draw(position++);
characterFactory.getCharacter('B')->draw(position++);
characterFactory.getCharacter('C')->draw(position++);
return 0;
}
4.注意事项
在使用享元模式时，需要注意以下事项：
- 确定可共享的对象：并非所有对象都适合共享。只有当对象是轻量级的、不可变的并且具有大量重复实例时，才应考虑使用享元模式。
- 管理对象状态：享元对象必须是不可变的，这意味着它们的状态一旦创建就不能被改变。如果对象需要可变状态，则可能需要使用其他设计模式，例如策略模式。
- 处理并发性：如果多个客户端同时访问享元对象，则需要考虑并发性问题。可以使用同步机制来确保对象状态的一致性。
- 避免过度共享：虽然共享对象可以减少内存使用，但过度共享可能会导致性能下降。只应共享真正需要的对象。
- 考虑代码复杂性：享元模式可以引入一些代码复杂性，因为它需要管理共享对象池。在使用享元模式之前，应权衡收益和成本。
- 其他注意事项：
- 对象识别：享元对象需要一种方法来被客户端识别。这通常是通过使用唯一标识符或其他属性来实现的。
- 外部状态：享元对象可以存储外部状态，但该状态不应修改享元对象本身。
- 性能优化：为了优化享元模式的性能，应使用对象池来管理共享对象。对象池可以减少创建和销毁对象的开销。
- 可测试性：享元模式的实现应可测试，以验证共享对象的正确性。可以使用单元测试来验证对象池的功能和共享对象的不可变性。
5.最佳实践
享元模式（Flyweight Pattern）最佳实践
1. 仅对可共享对象使用享元：
享元对象应是轻量级的、不可变的，并且具有大量重复实例。
2. 使用对象池管理共享对象：
对象池可以减少创建和销毁对象的开销，从而提高性能。
3. 确保对象不可变性：
享元对象的状态一旦创建就不能被改变。
4. 考虑并发性：
如果多个客户端同时访问享元对象，则需要考虑并发性问题。可以使用同步机制来确保对象状态的一致性。
5. 避免过度共享：
只应共享真正需要的对象。过度共享可能会导致性能下降。
6. 使用唯一标识符识别对象：
享元对象需要一种方法来被客户端识别。这通常是通过使用唯一标识符或其他属性来实现的。
7. 将外部状态存储在其他对象中：
享元对象可以存储外部状态，但该状态不应修改享元对象本身。
8. 使用单元测试验证共享对象的正确性：
单元测试可以验证对象池的功能和共享对象的不可变性。
6.总结
在使用享元模式时，应遵循设计原则，例如单一职责原则、开放/封闭原则和里氏替换原则。
通过遵循这些最佳实践，可以有效地使用享元模式来提高应用程序的性能和可维护性。
