【设计模式-3.3】结构型——享元模式

说明：说明：本文介绍设计模式中结构型设计模式中的，享元模式；

游戏地图

在一些闯关类的游戏，如超级玛丽、坦克大战里面，游戏的背景每一个关卡都不相同，但仔细观察可以发现，其都是用一些基础图标组成的，背景的变化实际上就是改变了其基础图标的位置。

如坦克大战，游戏背景实际上就是通过敌方坦克、我方坦克、砖墙、铁墙、海洋、草丛、基地等这些图标组成的。

基础图标，坦克、草地、河流......

现在，如果要我们来开发这样一个游戏地图。首先，我们会创建一个地图块类，如下：

（Tile，图块类）

java 复制代码

/**
 * 图块类
 */
public class Tile {

    /**
     * 图块名称
     */
    private String image;

    /**
     * 图块的x坐标
     */
    private int x;

    /**
     * 图块的y坐标
     */
    private int y;

    /**
     * 创建图块对象
     */
    public Tile(String image, int x, int y) {
        this.image = image;
        this.x = x;
        this.y = y;
        System.out.println("加载图片：" + image);
    }

    /**
     * 绘制图块
     */
    public void draw() {
        System.out.println("绘制图片：" + image + "，坐标：" + x + "," + y);
    }
}

（Client，客户端，演示游戏地图创建过程）

java 复制代码

/**
 * 客户端
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 在地图上绘制两个"海洋"图块
        new Tile("海洋", 1, 2).draw();
        new Tile("海洋", 2, 3).draw();

        // 在地图上绘制两个"草丛"图块
        new Tile("草丛", 1, 3).draw();
        new Tile("草丛", 2, 4).draw();

        // 在地图上绘制两"砖墙"图块
        new Tile("砖墙", 1, 4).draw();
        new Tile("砖墙", 2, 5).draw();
    }
}

运行程序，加载游戏地图

分析以上过程，会发现问题很大。每次创建一个图块对象，都需要new，加载时间特别长，且浪费资源。

为了解决这个问题，我们似乎可以考虑用原型设计模式解决。但是我们需要考虑，对于一个游戏地图来说，图块种类的数量可能是非常庞大的，使用原型模式对对象进行克隆，会有大量的内存开销，如果没有良好的内存回收机制，可能会导致内存溢出，造成系统崩溃。因此，使用原型模式来解决游戏地图的设计，不一定是合适的。

享元模式

享元，元指的是最小的单元，也就是上面坦克大战中草丛、海洋这些最小的图块，享元就是共享这些最小图块。通过享元模式对上面地图加载代码改进，如下：

（Drawable，绘画接口）

java 复制代码

/**
 * 绘画接口
 */
public interface Drawable {
    
    /**
     * 绘制图块
     */
    void draw(int x, int y);
}

（Grass，草地图块）

java 复制代码

/**
 * 草地图块
 */
public class Grass implements Drawable {

    /**
     * 图块名称
     */
    private String name;

    public Grass() {
        this.name = "草地";
        System.out.println("创建图块：" + name);
    }

    @Override
    public void draw(int x, int y) {
        System.out.println("绘制【" + name + "】图块：" + name + "，位置：(" + x + ", " + y + ")");
    }
}

（Wall，墙壁图块）

java 复制代码

/**
 * 墙壁图块
 */
public class Wall implements Drawable {

    /**
     * 图块名称
     */
    private String name;

    public Wall() {
        this.name = "墙壁";
        System.out.println("创建墙壁图块：" + name);
    }

    @Override
    public void draw(int x, int y) {
        System.out.println("绘制【" + name + "】图块：" + name + "，位置：(" + x + ", " + y + ")");
    }
}

（River，河流图块）

java 复制代码

/**
 * 河流图块
 */
public class River implements Drawable {

    /**
     * 图块名称
     */
    private String name;

    public River() {
        this.name = "河流";
        System.out.println("创建图块：" + name);
    }

    @Override
    public void draw(int x, int y) {
        System.out.println("绘制【" + name + "】图块：" + name + "，位置：(" + x + ", " + y + ")");
    }
}

（Home，基地图块）

java 复制代码

/**
 * 基地图块
 */
public class Home implements Drawable {

    /**
     * 基地图块名称
     */
    private String name;

    public Home() {
        this.name = "基地";
        System.out.println("创建图块：" + name);
    }

    @Override
    public void draw(int x, int y) {
        System.out.println("绘制【" + name + "】图块：" + name + "，位置：(" + x + ", " + y + ")");
    }
}

（TileFactory，图块工厂）

java 复制代码

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * 图块工厂
 */
public class TileFactory {

    /**
     * 图块集合
     */
    private Map<String, Drawable> Tiles;

    /**
     * 图块工厂构造函数
     */
    public TileFactory() {
        Tiles = new HashMap<String, Drawable>();
    }

    /**
     * 根据图块名称获取图块，没有就创建并返回，有就直接从集合中获取并返回
     */
    public Drawable getTile(String name) {
        // 没有就创建
        if (!Tiles.containsKey(name)) {
            switch (name) {
                case "河流":
                    Tiles.put(name, new Wall());
                    break;
                case "草地":
                    Tiles.put(name, new Grass());
                    break;
                case "基地":
                    Tiles.put(name, new Home());
                    break;
                case "墙壁":
                    Tiles.put(name, new Wall());
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        // 有就直接返回
        return Tiles.get(name);
    }
}

（Client，客户端，演示游戏地图加载过程）

java 复制代码

/**
 * 客户端
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建图块工厂
        TileFactory tileFactory = new TileFactory();

        // 绘制地图
        tileFactory.getTile("草地").draw(0, 0);
        tileFactory.getTile("草地").draw(1, 0);
        tileFactory.getTile("草地").draw(2, 0);

        tileFactory.getTile("河流").draw(0, 1);
        tileFactory.getTile("河流").draw(1, 1);

        tileFactory.getTile("墙壁").draw(0, 2);
        tileFactory.getTile("墙壁").draw(1, 2);

        tileFactory.getTile("基地").draw(0, 3);
    }
}

可以发现，各个图块构造器内的输出语句只执行了一次，说明后续图块的创建没有调用其构造方法，实现了享元

以上就是通过享元模式对游戏地图设计的过程，实际上就是对最小单元对象的共享，使其不重复去创建对象。

需要注意区分于工厂设计模式，工厂模式是创建型设计模式，关注对象的创建，而享元模式是对已创建对象的一种利用，是结构型设计模式。

总结

本文参考《设计模式的艺术》、《秒懂设计模式》两书