享元模式

享元模式是对象结构型模式，此模式为了处理大量的细粒度对象所导致的内存不足的解决方案。它通过运用共享技术来支持大量细粒度对象的复用，它通过共享已经存在的对象来大幅减少需要创建的对象数量（主要是内部状态的数量），从而避免大量的相似类的开销。

其中线程池，字符串池等，是最为常见的运用。在游戏开发中，我们需要对游戏中大量的对象的创建进行复用，其中包括粒子，模型等，大多数都是通过享元模式。这个模式对于游戏开发十分重要。

结构

说明

抽象享元（Flyweight）- 定义子享元类的公有方法，且方法本身依赖于外部状态，通过参数进行数据交互。
具体享元（Concrete Flyweight）- 实现具体方法，并将内部状态初始化。
享元工厂（Flyweight Factory）- 负责创建和管理享元对象，本身可作为单例。
外部状态（External State）- 享元对象需要的数据，但其本身会变化，将它以外部参数的形式传入，从而完成方法。

享元模式中，为了追求对象共享，我们将对象的信息分为两个部分

内部状态：指对象共享出来的部分，本身不会改变。
外部状态：指对象中会随环境改变的变量，他们不存在享元对象中，而是通过参数传入。

实现

这里我们举一个游戏粒子的例子。

抽象粒子 - 抽象享元（定义内部状态）

    public abstract class ParticleFlyweight{protected readonly string _name;protected readonly float _size;protected readonly float _lifeTime;protected ParticleFlyweight(string name, float size, float lifeTime){_name = name;_size = size;_lifeTime = lifeTime;}public abstract void Release(ExternalStateParticle externalState);}

粒子1，2 - 具体享元

    public class Particle1 : ParticleFlyweight{public Particle1() : base("Particle1", 10f, 3f){}public override void Release(ExternalStateParticle externalState){Debug.Log(_name + "粒子,大小为" + _size + ",在" + externalState.Position + "位置,旋转为" + externalState.Quaternion + ",速度为" +externalState.Speed + ",生命周期为" + _lifeTime + ",释放");}}public class Particle2 : ParticleFlyweight{public Particle2() : base("Particle2", 5f, 5f){}public override void Release(ExternalStateParticle externalState){Debug.Log(_name + "粒子,大小为" + _size + ",在" + externalState.Position + "位置,旋转为" + externalState.Quaternion + ",速度为" +externalState.Speed + ",生命周期为" + _lifeTime + ",释放");}}

外部粒子 - 外部状态

    public struct ExternalStateParticle{public Vector3 Position;public Quaternion Quaternion;public float Speed;public ExternalStateParticle(Vector3 position, Quaternion quaternion, float speed){this.Position = position;this.Quaternion = quaternion;this.Speed = speed;}}

粒子工厂 - 享元工厂

    public class ParticleFactory{private Dictionary<string, ParticleFlyweight> _particle;private static ParticleFactory _instance = new ParticleFactory();public static ParticleFactory Instance => _instance;private ParticleFactory(){_particle = new Dictionary<string, ParticleFlyweight>();_particle.Add("1", new Particle1());_particle.Add("2", new Particle2());}public ParticleFlyweight GetParticleFlyweight(string key) =>key switch{"1" => _particle["1"],"2" => _particle["2"],_ => throw new ArgumentException("key 这个参数不存在"),};}

粒子 - （内部状态 + 外部状态 = 完整粒子）

    public class Particle{private ParticleFlyweight _internalState;private ExternalStateParticle _externalState;public Particle(ParticleFlyweight internalState, ExternalStateParticle externalState){_internalState = internalState;_externalState = externalState;}public void Release() => _internalState.Release(_externalState);}

调用

    public class FlyweightExample : MonoBehaviour{private void Start(){ParticleFlyweight internalState1 = ParticleFactory.Instance.GetParticleFlyweight("1");ParticleFlyweight internalState2 = ParticleFactory.Instance.GetParticleFlyweight("2");ExternalStateParticle externalState1 = new ExternalStateParticle(new Vector3(0f, 0f, 0f),new Quaternion(0f, 0f, 0f, 1),1.0f);ExternalStateParticle externalState2 = new ExternalStateParticle(new Vector3(0f, 0f, 0f),new Quaternion(0f, 0f, 0f, 1),2.0f);Particle particle1 = new Particle(internalState1, externalState1);Particle particle2 = new Particle(internalState2, externalState2);particle1.Release();particle2.Release();}}

应用场景

当程序中存在大量的相似的对象时，即大量细粒度对象，为节约内存容量，应该使用享元模式。

利与弊

优点

节约资源，避免创建大量的相同的对象数据。

缺点

由于享元模式将原本完整的对象数据分成两部分，导致执行方法过程，每次都需传入数据，增加执行时间。
容易使系统复杂。

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享元模式 - Unity

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享元模式

结构

实现

应用场景

利与弊

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