享元模式(Flyweight Pattern)

享元模式，蝇量模式

意图：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

通过与其他类似对象共享数据来减小内存占用。

在面向对象系统的设计和实现中，创建对象是最为常见的操作。这里面就有一个问题：如果一个应用程序使用了太多的对象，就会造成很大的存储开销。特别是对于大量轻量级(细粒度)的对象，比如在文档编辑器的设计过程中，我们如果为每个字母创建一个对象的话，系统可能会因为大量的对象而造成存储开销的浪费。例如一个字母“a”在文档中出现了10000次，而实际上我们可以让这一万个字母“a”共享一个对象，当然因为在不同的位置可能字母“a”有不同的显示效果(例如字体和大小等设置不同)，在这种情况下我们可以将对象的状态分为“外部状态”和“内部状态”，将可以被共享(不会变化)的状态作为内部状态存储在对象中，而外部状态(例如上面提到的字体、大小等)我们可以在适当的时候将外部对象作为参数传递给对象(例如在显示的时候，将字体、大小等信息传递给对象)。

享元模式.jpg

角色和职责

1. Client
   维持一个对flyweight的引用
   计算或存储一个(多个)flyweight的外部状态
2. FlyweightFactory(享元工厂)
   负责创建和管理享元角色
   确保合理地共享flyweight。当用户请求一个flyweight时，FlyweightFactory对象提供一个已创建的实例或者创建一个(如果不存在的话)
3. Flyweight(抽象享元角色)
   所有具体享元类的父类，规定一些需要实现的公共接口
   通过这个接口，flyweight可以接受并作用于外部状态
4. ConcreteFlyweight(具体享元角色)
   抽象享元角色的具体实现类，并实现了抽象享元角色规定的方法
   ConcreteFlyweight对象必须是可共享的。它所存储的状态必须是内部的。
5. UnsharedConcreteFlyweight
   并非所有的Flyweight子类都需要被共享
   Flyweight接口使共享成为可能，但它并不是强制共享
   在Flyweight对象结构的某些层次，UnsharedConcreteFlyweight对象通常将ConcreteFlyweight对象作为子节点

代码示例

#import <Foundation/Foundation.h>
@interface Person : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) NSInteger age;
@end
@implementation Person
- (instancetype)initWithName:(NSString *)name AndAge:(NSInteger)age {
    if (self = [super init]) {
        self.name = name;
        self.age = age;
    }
    return self;
}
@end

@interface Teacher : Person
@property (nonatomic, copy) NSString *tid;
@end
@implementation Teacher
- (instancetype)initWithName:(NSString *)name AndAge:(NSInteger)age AndTid:(NSString *)tid {
    NSLog(@"创建老师");
    if (self = [super init]) {
        self.name = name;
        self.age = age;
        self.tid = tid;
    }
    return self;
}
- (NSString *)description {
    return [NSString stringWithFormat:@"name:%@,age:%ld,tid:%@", self.name, self.age, self.tid];
}
- (void)dealloc {
    NSLog(@"销毁老师");
}
@end

@interface FlyweightFactory : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSMutableDictionary *dict;
@end
@implementation FlyweightFactory
- (instancetype)init {
    if (self = [super init]) {
        self.dict = [NSMutableDictionary dictionary];
    }
    return self;
}
- (Person *)getTeacher:(NSString *)tid {
    if (self.dict[tid] == nil) {
        Teacher *t = [[Teacher alloc] initWithName:@"" AndAge:0 AndTid:tid];
        self.dict[tid] = t;
        return t;
    }
    return self.dict[tid];
}
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *p = nil;
        FlyweightFactory *factory = [[FlyweightFactory alloc] init];
        p = [factory getTeacher:@"001"];
        NSLog(@"%@", p);
        p = [factory getTeacher:@"001"];
        NSLog(@"%@", p);
    }
    return 0;
}
/*
创建老师
name:,age:0,tid:001
name:,age:0,tid:001
销毁老师
*/

用处

是以共享的方式，高效的支持大量的细粒度的对象。

优点

减少对象的创建，降低系统的内存，使效率提高

缺点

1. 要分离出外部状态和内部状态，提供了系统的复杂度
2. 外部状态具有固有化的性质，不应该随着内部状态的变化而变化，否则会造成系统的混乱

题外话

要理解享元设计模式，要看设计意图。应用享元模式是为了对象复用，节省内存，防止对象的频繁创建和销毁。

1. 享元模式与缓存的区别
   从代码层面上看，创建的Teacher对象“缓存”在字典中好像与平时所说的图片缓存一样，但意图不同：图片缓存是为了提高访问效率，享元模式是为了复用。
2. 享元模式与线程池的区别
   创建线程时，先从线程池取出一个空闲的线程，如果没有再创建。线程执行完操作后，再放回到线程池中以供后续复用，而非直接释放掉。等待合适的时机再释放。
   线程池和享元模式都是为了复用，但实际上也是不同的概念。线程池的“复用”可以理解为“重复使用”，主要目的是为了节省时间。享元模式的“复用”可以理解为“共享使用”，再整个生命周期中，都是被所有使用者共享的，主要目的是为了节省空间。