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一、享元模式概念
“享元”，顾名思义就是被共享的单元。享元模式的意图是复用对象节省内存，前提是享元对象是不可变对象。
我们将对象的信息分为两个部分: 内部状态和外部状态。
内部状态是对象内部共享的属性，不随环境的改变而改变。
外部状态不可以被共享的，会随环境改变而变化的属性。
享元模式具体来说就是当一个系统中存在大量相似对象的时候，可以将这些对象中相同且不变的部分（不可变的相同属性）提取出来，设计成享元类对象，让这些大量相似的对象引用这些享元对象。
这里所说的内部状态的属性是指通过构造函数初始化后，这些成员变量就不会再被修改了。
下面是享元模式的类图和角色如下（享元的英文就是FlyWeight，FlyWeight的原义是轻量的意思，可见享元模式在节省内存、轻量化对象的作用）：
FlyWeight:享元类的接口，operation方法是一些操作外部状态属性的方法，当然外部状态属性需要作为参数传入operation中。
ConcreteFlyWeight:具体的享元类，实现接口FlyWeight，存储内部状态属性。
FlyWeightFactory:享元工厂，用来创建和管理享元对象，其主要思想就是用一个Map来保存已经创建的享元对象实例。它主要是用来确保合理的共享FlyWeight对象，当用户请求一个FlyWeight对象时（getFlyWeight()方法），工厂提供一个已经存在的FlyWeight实例，如果不存在则创建一个返回。享元工厂保证一个享元对象只会有一份从而节省内存。
下面我们举两个例子来看看享元模式如何使用。
象棋游戏中，我们可以抽象出两个对象：棋局和棋子。棋子的属性包括：棋子类型（将、相、士、炮、车、兵等）、棋子颜色（红方、黑方）、棋子在棋局中的位置。而棋局需要保存所有棋子对象。利用这些数据，我们就能显示一个完整的棋盘给玩家。
<?php
class ChessPiece {//棋子
private $id; // 棋子id
private $text;
private $color; // 棋子颜色
private $positionX;
private $positionY;
const COLOR_RED = 1;
const COLOR_BLACK = 2;
public function __construct($id, $text, $color, $positionX, $positionY) {
$this->id = $id;
$this->text = $text;
$this->color = $color;
$this->positionX = $positionX;
$this->positionY = $positionY;
}
// ...省略其他属性和getter/setter方法...
}
class ChessBoard {//棋局
private $chessPieces = [];
public function __construct() {
$this->init();
}
private function init() {
$this->chessPieces[1] = new ChessPiece(1, "車", ChessPiece::COLOR_BLACK, 0, 0);
$this->chessPieces[2] = new ChessPiece(2,"馬", ChessPiece::COLOR_RED, 0, 1);
//...省略摆放其他棋子的代码...
}
public function move($chessPieceId, $toPositionX, $toPositionY) {
//...省略...
}
}
想想以前我们玩的QQ游戏，一个游戏厅里有成千上万个房间，一个房间有一个棋局，为了记录每个房间当前的棋局情况，我们需要给每个房间都创建一个 ChessBoard 棋局对象和几十个棋子对象，会消耗大量的内存。
此时可以用到享元模式将相似对象中相同且不变的属性提取出来，id、text、color 属性在不同的房间中是不变，唯独 positionX、positionY 不同。
因此可以将棋子的 id、text、color 属性拆分出来，设计成独立的类，并且作为享元供多个棋盘复用，棋盘只需记录每个棋子的位置信息就可以了。
具体的代码实现如下所示：
<?php
// 享元类
class ChessPieceUnit{
const COLOR_RED = 1;
const COLOR_BLACK = 2;
const CHESS_STYLE_MAP = [
1 => ["text"=>"車", "color" => self::COLOR_BLACK],
2 => ["text"=>"馬", "color" => self::COLOR_RED],
// ...其他棋子的固定属性
];
private $id; // 棋子id
private $text; // 棋子类型
private $color; // 棋子颜色
public function __construct($id, $text, $color) {
$this->id = $id;
$this->text = $text;
$this->color = $color;
}
}
class ChessPieceUnitFactory{
private static $piecesUnit = []; // 保存所有的棋子享元，并且所有棋局和棋子想获取享元对象只能通过该工厂类获取，而不能自己实例化ChessPieceUnit，否则是做不到一个享元是有一个实例的目的了
public static function get($id){
if(!isset(self::$piecesUnit[$id])){
$style = ChessPieceUnit::CHESS_STYPE_MAP[$id];
$piecesUnit[$id] = new ChessPieceUnit($id, $style['text'], $style['color']);
}
return $piecesUnit[$id];
}
}
class ChessPiece {//棋子
private $unit;
private $positionX;
private $positionY;
public function __construct(ChessPieceUnit $unit, $positionX, $positionY) {
$this->unit = $unit;
$this->positionX = $positionX;
$this->positionY = $positionY;
}
// ...省略其他属性和getter/setter方法...
}
class ChessBoard {//棋局
private $chessPieces = [];
public function __construct() {
$this->init();
}
private function init() {
$this->chessPieces[1] = new ChessPiece(ChessPieceUnitFactory::get(1), 0, 0);
$this->chessPieces[2] = new ChessPiece(ChessPieceUnitFactory::get(2), 0, 1);
//...省略摆放其他棋子的代码...
}
public function move($chessPieceId, $toPositionX, $toPositionY) {
//...省略...
}
}它的代码实现非常简单，主要是通过工厂模式，用一个 Map 来缓存已经创建过的享元对象，来达到复用的目的。
我们在看第二个例子。
文本编辑器中，要在内存中表示一个文本文件，只需要记录文字和格式两部分信息就可以了，其中，格式又包括文字的字体、大小、颜色等信息。
文本文件中最小的组成单元是文字，一个文字就会包含属于自己的文字内容、字体、大小和颜色。但是按照正常的用户使用习惯，没有人会把一篇文章的所有文字设置成不同的格式。顶多就是标题是一个样式、正文是一个样式、正文中需要强调的内容加粗一下。
此时我们也可以使用享元模式，将相同样式的文字的样式作为享元对象存储起来。具体实现如下：
<?php
// 享元类
class CharacterStyle {
private $uniqueId;
private $font;
private $size;
private $colorRGB;
public function __construct(Font $font, $size, $colorRGB) {
$this->font = $font;
$this->size = $size;
$this->colorRGB = $colorRGB;
$this->uniqueId = $this->getUniqueId();
}
// 判断传入的样式和本样式是否相同
protected function getUniqueId() {
return md5(json_encode($this->font).$this->size.json_encode($this->colorRGB));
}
public function uniqueId(){
return $this->uniqueId;
}
}
class CharacterStyleFactory {
private static $styles = [];
public static function getStyle(Font $font, $size, $colorRGB): CharacterStyle {
$newStyle = new CharacterStyle($font, $size, $colorRGB);
if(!isset(self::$styles[$newStyle->uniqueId()])){
self::$styles[$newStyle->uniqueId()] = $newStyle;
}else{
$newStyle = self::$styles[$newStyle->uniqueId()];
}
return $newStyle;
}
}
class Character {
private $cnt;
private $style;
public function __construct($cnt, CharacterStyle $style) {
$this->cnt = $cnt;
$this->style = $style;
}
}
class Editor {
private $chars = [];
public function appendCharacter($cnt, Font $font, $size, $colorRGB) {
$character = new Character($cnt, CharacterStyleFactory::getStyle($font, $size, $colorRGB));
$this->chars[] = $character;
}
}二、享元对象的优缺点
享元模式是一个非常简单的模式, 它可以大大减少应用程序创建的对象,减低程序内存的占用,增强程序的性能,但它同时也提高了系统复杂性,需要分离出外部状态和内部状态, 而且外部状态具有固化特性,不应该随内部状态改变而改变,否则导致系统的逻辑混乱。
三、享元对象与单例、缓存、对象池的区别
享元模式 VS 单例
在单例模式中，一个类只能创建一个对象，而在享元模式中，一个类可以创建多个对象，每个对象被多处代码引用共享。
实际上，享元模式有点类似于之前讲到的单例的变体——多例。
从设计意图上来看，享元模式和单例是完全不同的。应用享元模式是为了对象复用，单纯是为了节省内存；而应用单例/多例模式是因为某个实体对象在系统中只应该保存一份，顺便节省了内存。
享元模式 VS 缓存
在享元模式的实现中，我们通过工厂类来“缓存”已经创建好的对象。这里的“缓存”实际上是“存储”的意思，跟我们平时所说的“数据库缓存”“CPU 缓存”“MemCache 缓存”是两回事。
我们平时所讲的缓存，主要是为了提高访问效率，而非复用。
享元模式 VS 对象池
对象池、连接池（比如数据库连接池）、线程池等也是为了复用。
但池化技术中的“复用”可以理解为一种“独占式的重复使用”，主要目的是节省时间（比如从数据库池中取一个连接，不需要重新创建）。但在任意时刻，每一个对象、连接、线程，并不会在多个地方同时被使用，而是被一个使用者（线程、协程）独占（此时其他使用者无法占用这个连接），当使用完成之后，放回到池中，再由其他使用者重复利用。
享元模式中的“复用”可以理解为“共享使用”，在整个生命周期中，都是被所有使用者共享的，主要目的是节省空间。
故池化技术中的对象同一时刻只能被独占，其复用是为了节省初始化时间；而享元模式是同一时刻可被多个地方共享，其复用是为了节省内存。
