享元模式透過重複使用物件來減少資料量並節省記憶體。

生活範例

圖書館有很多藏書，同一本書可能有多本館藏，以滿足讀者需求。假設每次購書都要將書本的基本資料輸入圖書管理系統，例如書名、作者和出版社，我們不必為相同的書籍重複建檔，而是應該為每一本館藏加上編號，並讓相同的書籍共用同一份資料。這些書籍資料就像享元物件一樣，透過重複使用書籍資料，可以避免重複並減少資料量。

舉個例子

當瀏覽器加載圖片時，會先檢查該圖片是否存在快取中，再根據結果決定要使用快取或是從伺服器下載圖片。這種機制不僅能提升網頁的回應速度，還能減輕對伺服器的負擔。我們試著用享元模式模擬這套快取機制。

ImageData 是一個享元物件，負責從伺服器下載並儲存圖片資料。這些資料可以重複渲染同一張圖片，以實現資源共享。

class ImageData {
  readonly url: string;

  constructor(url: string) {
    this.url = url;
    console.log(`Loading image from ${url}`);
  }
}

Image 類別負責在畫面上渲染圖片。每個實例包含圖片的座標位置和對應的圖片資料。

class Image {
  private x: number;
  private y: number;
  private imageData: ImageData;

  constructor(x: number, y: number, imageData: ImageData) {
    this.x = x;
    this.y = y;
    this.imageData = imageData;
  }

  render() {
    console.log(
      `Rendering image from: ${this.imageData.url} at position ` +
        `(${this.x}, ${this.y})`
    );
  }
}

ImageDataStore 是圖片資料的管理中心，負責圖片資料的建立與快取管理。它只會在必要時加載圖片，以避免重複加載相同的資料。

class ImageDataStore {
  private dataMap: Map<string, ImageData> = new Map();

  getOne(url: string) {
    if (!this.dataMap.has(url)) {
      this.dataMap.set(url, new ImageData(url));
    }
    return this.dataMap.get(url)!;
  }
}

這個類別用來模擬一個網頁文件，它提供新增圖片和渲染文件的方法，渲染方法渲染文件中的所有圖片。

class Document {
  private images: Image[] = [];
  private imageDataStore: ImageDataStore = new ImageDataStore();

  addImage(x: number, y: number, url: string) {
    const imageData = this.imageDataStore.getOne(url);
    const image = new Image(x, y, imageData);
    this.images.push(image);
  }

  render() {
    this.images.forEach((image) => {
      image.render();
    });
  }
}

以下範例展示 ImageDataStore 如何通過重複使用圖片資料來避免重複載入並節省資源。

class DocumentTestDrive {
  static main() {
    const document = new Document();

    document.addImage(20, 20, "https://foo.com/images/sample1.png");
    document.addImage(40, 40, "https://foo.com/images/sample2.png");
    document.addImage(60, 60, "https://foo.com/images/sample1.png");

    document.render();
  }
}

DocumentTestDrive.main();

執行結果：

Loading image from https://foo.com/images/sample1.png
Loading image from https://foo.com/images/sample2.png
Rendering image from: https://foo.com/images/sample1.png at position (20, 20)
Rendering image from: https://foo.com/images/sample2.png at position (40, 40)
Rendering image from: https://foo.com/images/sample1.png at position (60, 60)

定義

享元模式包含三個角色：

• 享元物件介面：定義享元物件的操作行為
• 具體享元物件：封裝不變的狀態，並提供介面中的具體實現
• 享元物件工廠：負責建立物件，避免建立相同的物件

享元模式的主要目的是節省記憶體用量，特別適合處理數量龐大且重複性高的物件。它將物件的狀態分為可變與不變，將可變的狀態抽離，並將不變的狀態封裝成享元物件。透過重複使用享元物件，可以減少重複性資料，藉此減少記憶體的消耗。當物件中的重複性資料越多，其帶來的效益就越顯著。

總結

• 將物件的狀態分為可變與不變，重複使用不變的部分，並在需要時使用可變的部分
• 透過重複使用物件來減少重複性資料，進而節省記憶體
• 享元模式在面對大量重複性高的物件時帶來的效益最為顯著