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101、23种设计模式之享元模式（10/23）

news 2025/9/11 8:42:59

一、定义

享元模式是一种结构型设计模式，通过共享技术减少相似对象的内存占用，尤其适用于存在大量细粒度对象的场景。其核心思想是将对象状态划分为：

内部状态（Intrinsic State）：可共享的、不随环境变化的部分（如字形信息、颜色、形状等）。
外部状态（Extrinsic State）：不可共享的、随环境变化的部分（如位置、大小、用户数据等）。

通过分离状态并共享内部状态，享元模式显著减少对象数量，降低内存消耗。

二、应用场景

1.图形渲染

场景：游戏或图形编辑器中需渲染大量相似对象（如树木、子弹、文本字符）。
优化：将通用属性（如网格、贴图）作为内部状态共享，仅动态传递位置、颜色等外部状态。
示例：森林渲染中，所有树木共享同一网格和贴图数据，仅位置和高度不同。

2.文本编辑器

场景：处理大量重复字符（如长文档中的空格、标点）。
优化：每个字符对象共享字形信息，仅存储位置、字体等外部状态。
案例：Java字符串常量池通过共享字符串对象减少内存占用。

3.数据库连接池

场景：高并发应用中频繁创建/销毁数据库连接。
优化：连接池管理共享连接对象，避免重复创建开销。
代码片段（C#）：

public class ConnectionPool {private static Queue<DbConnection> _pool = new Queue<DbConnection>();public static DbConnection GetConnection() {if (_pool.Count == 0) return new DbConnection();return _pool.Dequeue();}public static void ReleaseConnection(DbConnection conn) {_pool.Enqueue(conn);}
}

4.游戏开发

场景：管理大量相似游戏对象（如敌人、道具）。
优化：共享对象类型（如敌人类型A）的公共属性（攻击力、模型），仅动态更新位置、生命值等外部状态。

三、优缺点

1.优点

显著减少内存占用，提升性能。
降低对象创建开销，提高响应速度。
适用于高并发或资源受限场景。

2.缺点

需分离内部/外部状态，增加逻辑复杂度。
需维护享元池，增加系统资源消耗。
共享对象需设计为不可变，限制灵活性。

四、C# 示例代码

using System;
using System.Collections.Generic;// 抽象享元接口
public interface IShape {void Draw(int x, int y, string color);
}// 具体享元：圆形（共享形状，颜色和位置为外部状态）
public class Circle : IShape {private string _type = "Circle";public void Draw(int x, int y, string color) {Console.WriteLine($"Drawing a {_type} at ({x},{y}) with color {color}");}
}// 享元工厂
public class ShapeFactory {private Dictionary<string, IShape> _shapes = new Dictionary<string, IShape>();public IShape GetShape(string shapeType) {if (!_shapes.ContainsKey(shapeType)) {_shapes[shapeType] = shapeType switch {"Circle" => new Circle(),_ => throw new ArgumentException("Shape not supported")};}return _shapes[shapeType];}
}// 客户端代码
public class Program {public static void Main() {ShapeFactory factory = new ShapeFactory();IShape circle1 = factory.GetShape("Circle");circle1.Draw(10, 20, "Red");    // 输出: Drawing a Circle at (10,20) with color RedIShape circle2 = factory.GetShape("Circle");circle2.Draw(30, 40, "Blue");   // 输出: Drawing a Circle at (30,40) with color BlueConsole.WriteLine(circle1 == circle2); // 输出: True（共享同一实例）}
}