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写在前面

Flyweight（享元）模式运用共享技术，可以有效地支持大量细粒度的对象。今天我们会去参观小霍比特人们的酿酒工坊……等等，不是享元模式吗？那好吧，我们推迟到示例一节中前往参观。

我们在做面向对象的设计时，常常希望能用对象来表示某个具体的事物，比如一个红富士苹果或是一辆凯迪拉克跑车。当我们把这种思维带到一些程序设计任务中去时，可能就会遭遇到处理存储开销和程序本身灵活性的一个平衡问题。例如，我们在设计一个游戏，主人公走到一片苹果园，看见满满一屏幕的苹果。更高级的是，每个苹果都能与主人公进行交互，不论是近处的（直接摘下来吃了），还是远处的（我拿石头扔，我扔）。如果每个苹果都用不同的对象来表示，的确可以极大提高这个游戏的视觉效果，因为这样我们可以给每个苹果定制完全不同的外观（这属于苹果的内部因素），俗话说，世界上没有两个相同的苹果（...叶子如是，苹果应该也不差）。但是，如果苹果园里，有成千上万个苹果呢？这能造成巨大的存储开销。事实上，玩游戏的时候，我们才不会太在意这个苹果长什么样，除非是两个完全不同种类的苹果。所以，如果能只存储一个苹果的外观，渲染成千上万个（存在距离、光照等外部因素），我们也不会觉得哪里不舒服，还是会朝那些苹果扔石头。这只被共享的苹果，便引出了我们的Flyweight模式。先来看看它的一些要点。

要点梳理

• 目的分类
  • 对象结构型模式
• 范围准则
  • 对象（该模式处理对象间的关系，这些关系在运行时刻是可以变化的，更具动态性）
• 主要功能
  • 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象
• 适用情况
  • 当以下情况都成立时，使用Flyweight模式：
  • 一个应用程序使用了大量的对象
  • 完全由于使用大量的对象，造成很大的存储开销
  • 对象的大多数状态都可变为外部状态
  • 如果删除对象的外部状态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象
  • 应用程序不依赖于对象标识
• 参与部分
  • Flyweight：描述一个接口，通过这个接口flyweight可以接受并作用于外部状态
  • ConcreteFlyweight：实现上述接口，并为内部状态（如果有的话）增加存储空间。ConcreteFlyweight对象必须是可共享的。它所存储的状态必须是内部的，它必须独立于对象的场景
  • UnsharedConcreteFlyweight：并非所有的Flyweight子类都需要被共享，UnsharedConcreteFlyweight通常将ConcreteFlyweight作为子节点
  • FlyweightFactory：创建并管理Flyweight对象，并且确保合理地共享Flyweight对象。
  • 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。
• 协作过程
  • flyweight执行时所需的状态必定是内部的或外部的。内部状态存储于ConcreteFlyweight对象之中；而外部对象则由Client对象存储或计算。当用户调用flyweight对象的操作时，将该状态传递给它。
  • 用户不应直接对ConcreteFlyweight类进行实例化，而只能从FlyweightFactory对象得到ConcreteFlyweight对象，这可以保证对它们适当地进行共享。
• UML图

示例分析 - 霍比特人的酿酒工坊

还记得这群可爱的小霍比特人们吗？（如果不了解他们，请见AbstractFactory笔记）喜欢开Party的他们，自然得有喝不完的好酒相伴。时の魔导士早先的时候曾给他们留下过一座酿酒工坊WineFactory。这座工坊可以生产各式基酒，譬如威士忌Whiskey，朗姆酒Rum，葡萄酒Wine等等。小霍比特人们，可以根据自己的口味，添加一些果汁、牛奶、咖啡、糖等等辅料，从而调制出一杯美味的鸡尾酒Cocktail。

在这个魔法世界里，我们忽略每种基酒的酿造工艺上的不同，而假定它们的内部状态是相同的（都含有酒精），区分它们的仅仅是口感的类型不同。因此，我们可以将基酒视作为一类ConcreteFlyweight，基酒类BaseWine继承自Drink：

class Drink {
public:
    virtual ~Drink();    
    
    virtual void mix(Ingredient&); // can mix with other ingredients.
    virtual void drink();
 protected:
    Drink();
}

class BaseWine : public Drink {
public:
    BaseWine(int type);
    
    virtual void mix(Ingredient&);
private:
    int _type;
}

当小霍比特人拜访酿酒工坊WineFactory，想要来一杯的时候。工坊会先看看他要的这种基酒是否已经酿造好了，有的话，直接取一份给他；否则，就酿造出取之不尽的这种基酒。

#define WHISKEY 1
#define RUM     2
#define VODKA   3
#define GIN     4
// ... other definitions ...
#define MAX_TYPES 10

class WineFactory {
public:
    WineFactory();
    virtual ~WineFactory();
    virtual BaseWine* createWine(int type);
    
private:
    BaseWine* _wine[MAX_TYPES];
}

// Initialize the wine pool.
WineFactory::WineFactory() {
    for (int i = 0; i < MAX_TYPES; ++i) {
        _wine[i] = 0;
    }
}

// Check the pool before create wine.
BaseWine* WineFactory::createWine(int type) {
    if (!_wine[type]) {
        _wine[type] = new BaseWine(type);
    }
    
    return _wine[type];
}

我们看到，_wine数组包含一些指针，指向以基酒品种为索引的BaseWine，createWine方法首先会查找这个数组，如果数组中存在这种BaseWine，则可以直接返回，否则，new一个新的。这样做的一个好处是，酒的种类往往是有限且不多的，但是我们可以却可以共享这些种类并用在很多很多场景下。这个简单例子的UML图如下：

特点总结

Flyweight主要针对存储节约提出了解决方案，它所节约的部分主要由以下几个因素决定：

1. 因为共享，实例总数减少的数目
2. 对象内部状态的平均数目
3. 外部状态是计算的还是存储的

共享的Flyweight越多，存储节约也就越多。节约量随着共享状态的增多