由遇到的問題引出享元模式：

在面向對象系統(tǒng)的設計何實現中，創(chuàng)建對象是最為常見的操作。這里面就有一個問題：如果一個應用程序使用了太多的對象，就會造成很大的存儲開銷。特別是對于大量輕量級（細粒度）的對象，比如在文檔編輯器的設計過程中，我們如果為沒有字母創(chuàng)建一個對象的話，系統(tǒng)可能會因為大量的對象而造成存儲開銷的浪費。例如一個字母"a"在文檔中出現了100000 次，而實際上我們可以讓這一萬個字母"a"共享一個對象，當然因為在不同的位置可能字母"a"有不同的顯示效果（例如字體和大小等設置不同），在這種情況我們可以為將對象的狀態(tài)分為"外部狀態(tài)"和"內部狀態(tài)"，將可以被共享（不會變化）的狀態(tài)作為內部狀態(tài)存儲在對象中，而外部對象（例如上面提到的字體、大小等）我們可以在適當的時候將外部對象最為參數傳遞給對象（例如在顯示的時候，將字體、大小等信息傳遞給對象）。

作用：運用共享技術有效地支持大量細粒度的對象。

內部狀態(tài)intrinsic和外部狀態(tài)extrinsic：

1）Flyweight模式中，最重要的是將對象分解成intrinsic和extrinsic兩部分。

2）內部狀態(tài)：在享元對象內部并且不會隨環(huán)境改變而改變的共享部分，可以稱為是享元對象的內部狀態(tài)

3）外部狀態(tài)：而隨環(huán)境改變而改變的，取決于應用環(huán)境，或是實時數據，這些不可以共享的東西就是外部狀態(tài)了。

4）內部狀態(tài)和外部狀態(tài)之間的區(qū)別：
　　在Flyweight模式應用中，通常修改的是外部狀態(tài)屬性，而內部狀態(tài)屬性一般都是用于參考或計算時引用。
Flyweight執(zhí)行時所需的狀態(tài)必定是內部的或外部的。內部狀態(tài)存儲于ConcreteFlyweight對象之中；而外部狀態(tài)則由Client對象存儲或計算。當用戶調用Flyweight對象的操作時，將該狀態(tài)傳遞給它。

以文字處理軟件為例：

　　內部狀態(tài)存儲于flyweight中，它包含了獨立于flyweight場景的信息，這些信息使得flyweight可以被共享。如字符代碼，字符大小……

　　外部狀態(tài)取決于flyweight場景，并根據場景而變化，因此不可共享。用戶對象負責在必要的時候將外部狀態(tài)傳遞給flyweight，如字符位置，字符顏色……

UML圖：

解析：
Flyweight：享元類的基類，定義一個接口，通過這個接口Flyweight可以接受并作用于外部狀態(tài)。

ConcreteFlyweight：實現Flyweight接口， 并為內部狀態(tài)（ 如果有的話） 增加存儲空間。ConcreteFlyweight對象必須是可共享的。它所存儲的狀態(tài)必須是內部的（intrinsic）；即，它必須獨立于ConcreteFlyweight對象的場景。

UnsharedConcreteFlyweight：并非所有的Flyweight子類都需要被共享。Flyweight接口使共享成為可能，但它并不強制共享。在Flyweight對象結構的某些層次，UnsharedConcreteFlyweight對象通常將ConcreteFlyweight對象作為子節(jié)點。

FlyweightFactory：

1） 創(chuàng)建并管理Flyweight對象。

2）確保合理地共享Flyweight。當用戶請求一個Flyweight時，FlyweightFactory對象提供一個已創(chuàng)建的實例或者創(chuàng)建一個（如果不存在的話）

Client
1）維持一個對Flyweight的引用。

2）計算或存儲一個（多個）Flyweight的外部狀態(tài)。

分析：
 　　享元模式可以避免大量非常相似類的開銷。在程序設計中，有時需要生成大量細粒度的類實例來表示數據。如果能發(fā)現這些實例數據除了幾個參數外基本都是相同的。有時就能夠大幅度地減少實例化的類的數量。如果能把那些參數移到類實例的外面，在方法調用時將它們傳遞進來，就可以通過共享大幅度地減少單個實例的數目。

　　比如在文檔編輯器的設計過程中，我們如果為沒有字母創(chuàng)建一個對象的話，系統(tǒng)可能會因為大量的對象而造成存儲開銷的浪費。例如一個字母“a”在文檔中出現了100000次，而實際上我們可以讓這一萬個字母“a”共享一個對象，當然因為在不同的位置可能字母“a”有不同的顯示效果（例如字體和大小等設置不同），在這種情況我們可以為將對象的狀態(tài)分為“外部狀態(tài)”和“內部狀態(tài)”，將可以被共享（不會變化）的狀態(tài)作為內部狀態(tài)存儲在對象中，而外部對象（例如上面提到的字體、大小等）我們可以在適當的時候將外部對象最為參數傳遞給對象（例如在顯示的時候，將字體、大小等信息傳遞給對象）。

　　Flyweight的內部狀態(tài)是用來共享的，Flyweightfactory負責維護一個Flyweight池(存放內部狀態(tài)的對象),當客戶端請求一個共享Flyweight時,這個factory首先搜索池中是否已經有可適用的,如果有,factory只是簡單返回送出這個對象,否則,創(chuàng)建一個新的對象,加入到池中,再返回送出這個對象.池為重復或可共享的對象、屬性設置一個緩沖，稱為內部狀態(tài)。這些內部狀態(tài)一般情況下都是不可修改的，也就是在第一個對象、屬性被創(chuàng)建后，就不會去修改了(否則就沒意義了)。

　　Flyweight 對對象的內部狀態(tài)進行共享，只為每種內部狀態(tài)創(chuàng)建一個實例,對內部狀態(tài)使用了單例模式。

　　用戶不應直接對ConcreteFlyweight類進行實例化，而只能從FlyweightFactory對象得到ConcreteFlyweight對象，這可以保證對它們適當地進行共享。

　　存儲節(jié)約由以下幾個因素決定：
　　1） 因為共享，實例總數減少的數目
　　2） 對象內部狀態(tài)的平均數目
　　3） 外部狀態(tài)是計算的還是存儲的

實現要點
1）享元工廠維護一張享元實例表。

2）享元不可共享的狀態(tài)需要在外部維護。即刪除外部狀態(tài)：該模式的可用性在很大程度上取決于是否容易識別外部狀態(tài)并將它從共享對象中刪除。

3）按照需求可以對享元角色進行抽象。

4）管理共享對象：引用計數和垃圾回收……

何時采用
1）如果一個應用程序使用了大量的對象，而大量的這些對象造成了很大的存儲開銷時就應該考慮使用；

2）還有就是對象的大多數狀態(tài)可變?yōu)橥獠繝顟B(tài)，如果刪除對象的外部狀態(tài)，那么可以用相對較少的共享對象取代很多組對象，此時可以考慮所使用享元模式。

3）系統(tǒng)中有大量耗費了大量內存的細粒度對象，并且對外界來說這些對沒有任何差別的（或者說經過改造后可以是沒有差別的）。

　　在文檔編輯器例子中如果一個字符對應一個對象，那么一篇文檔所要容納的對象將是非常的龐大耗費大量的內存。而實際組成文檔的字符是有限的，是由這些字符不同的組合和排列得到的。所以需要共享，將基本的字符進行共享，將使得字符對象變得有限。

示例：
享元模式在編輯器系統(tǒng)中大量使用。一個文本編輯器往往會提供很多種字體，而通常的做法就是將每一個字母做成一個享元對象。享元對象的內蘊狀態(tài)就是這個字母，而字母在文本中的位置和字模風格等其他信息則是外蘊狀態(tài)。比如，字母a可能出現在文本的很多地方，雖然這些字母a的位置和字模風格不同，但是所有這些地方使用的都是同一個字母對象。這樣一來，字母對象就可以在整個系統(tǒng)中共享。

// Flyweight pattern -- Real World example 


using System;
using System.Collections;

namespace DoFactory.GangOfFour.Flyweight.RealWorld
{

 // MainApp test application 

 class MainApp
 {
  static void Main()
  {
   // Build a document with text 
   string document = "AAZZBBZB";
   char[] chars = document.ToCharArray();

   CharacterFactory f = new CharacterFactory();

   // extrinsic state 
   int pointSize = 10;

   // For each character use a flyweight object 
   foreach (char c in chars)
   {
    pointSize++;
    Character character = f.GetCharacter(c);
    character.Display(pointSize);
   }

   // Wait for user 
   Console.Read();
  }
 }

 // "FlyweightFactory" 

 class CharacterFactory
 {
  private Hashtable characters = new Hashtable();

  public Character GetCharacter(char key)
  {
   // Uses "lazy initialization" 
   Character character = characters[key] as Character;
   if (character == null)
   {
    switch (key)
    {
     case 'A': character = new CharacterA(); break;
     case 'B': character = new CharacterB(); break;
      // 
     case 'Z': character = new CharacterZ(); break;
    }
    characters.Add(key, character);
   }
   return character;
  }
 }

 // "Flyweight" 

 abstract class Character
 {
  protected char symbol;
  protected int width;
  protected int height;
  protected int ascent;
  protected int descent;
  protected int pointSize;

  public abstract void Display(int pointSize);
 }

 // "ConcreteFlyweight" 

 class CharacterA : Character
 {
  // Constructor 
  public CharacterA()
  {
   this.symbol = 'A';
   this.height = 100;
   this.width = 120;
   this.ascent = 70;
   this.descent = 0;
  }

  public override void Display(int pointSize)
  {
   this.pointSize = pointSize;
   Console.WriteLine(this.symbol + 
    " (pointsize " + this.pointSize + ")");
  }
 }

 // "ConcreteFlyweight" 

 class CharacterB : Character
 {
  // Constructor 
  public CharacterB()
  {
   this.symbol = 'B';
   this.height = 100;
   this.width = 140;
   this.ascent = 72;
   this.descent = 0;
  }

  public override void Display(int pointSize)
  {
   this.pointSize = pointSize;
   Console.WriteLine(this.symbol + 
    " (pointsize " + this.pointSize + ")");
  }

 }

 // C, D, E, etc. 

 // "ConcreteFlyweight" 

 class CharacterZ : Character
 {
  // Constructor 
  public CharacterZ()
  {
   this.symbol = 'Z';
   this.height = 100;
   this.width = 100;
   this.ascent = 68;
   this.descent = 0;
  }

  public override void Display(int pointSize)
  {
   this.pointSize = pointSize;
   Console.WriteLine(this.symbol + 
    " (pointsize " + this.pointSize + ")");
  }
 }
}

Output：

享元模式的優(yōu)點和缺點

享元模式的優(yōu)點在于它大幅度地降低內存中對象的數量。但是，它做到這一點所付出的代價也是很高的：
享元模式使得系統(tǒng)更加復雜。為了使對象可以共享，需要將一些狀態(tài)外部化，這使得程序的邏輯復雜化。
享元模式將享元對象的狀態(tài)外部化，而讀取外部狀態(tài)使得運行時間稍微變長。