享元模式是什么

英文版本是flyweight，意味着轻量级，听起来是个好东西。
怎么做到轻量级，为什么翻译又叫享元？

核心机制：

• 将一个“巨无霸”对象的数据拆分成两份（理论上也可以是多份）
• 分为变和不变的部分，不变部分也称固有状态、上下文无关状态
• 不变的部分可以单独拆出去共享其他实例，实例只保存变的部分
• 意味着大家都一样的部分就不用每个人都保存了，共享一份即可

享元模式的一些使用场景

森林的渲染

森林由许多树组成，每棵树都有一系列与之相关的成员：

• 定义树干，树枝和树叶形状的多边形网格
• 树皮和树叶的纹理
• 在森林中树的位置和朝向
• 大小和色彩之类的调节参数，让每棵树都看起来与众不同

如果每棵树都这么与众不同，且有以上所有实例，先不管内存兄弟的感受，cpu可就有福了，cpu到gpu的交互将会产生很多drawcall，光准备阶段就能忙死它。

Draw call其实是CPU与GPU的通信方式，他们通过CommandBuffer作为通信的“信道”，每一次GPU与CPU的通信的过程有很多步骤。如果一帧中间DrawCall数量太多，CPU就会在设置渲染状态-提交drawcall上花费大量时间，造成性能问题，这里的性能问题其实是GPU在等待CPU的处理。

实际上游戏中森林每棵树长得都差不太多，只是一些位置、朝向、缩放的不同，那么完全可以拆成变化状态和固有状态，这里树的网格等数据即固有的，相同的树共享一份网格数据。

实际上图形api也是支持这种设计思想，“使用同一模型渲染每个实例”，传入每个实例不同的部分，调用一次渲染，绘制整个森林。（这个API是由显卡直接实现的，意味着享元模式也许是唯一的有硬件支持的GoF设计模式）

GPU Instanceing

在Unity中使用该模式的feature

GPU Instancing 在同一个Draw call中渲染完全相同的网格。可以通过添加变量来减少重复的外观，每个实例可以具有不同的属性，例如颜色或缩放。在Frame Debugger中如有Draw calls显示多个实例时会显示“Darw Mesh(Instanced)”。

使用了多个GPU Instanceing组合，如果材质球属性要有变化，请用MaterialPropertyBlock

一些限制：

• 和SRP Batcher不兼容，需要测试哪种情况下效率更高
  
• SkinnedMeshRenderers不支持GPU Instancing技术，但可以通过GPU顶点动画的方式去支持，官方提供了Animation-Instancing
• 支持全局光照系统，但有一些限制
  
• GPU Instancing每个批次的Instance数量是有上限的，但好像最新的文档没有提及，虽然测试还是有上限
  

地形数据

游戏里常见地形有草，泥土，丘陵，湖泊，河流。基于区块建立地表：世界的表面被划分为由微小区块组成的巨大网格

每种地形类型都有一系列特性会影响游戏玩法：

• 决定了玩家能够多快地穿过它的移动开销
• 表明能否用船穿过的水域标识
• 用来渲染它的纹理

基于数据的设计，可能会将地形抽象成枚举，然后每个区块保存一份枚举

enum
{
    TERRAIN_GRASS,
    TERRAIN_HILL,
    TERRAIN_RIVER
    // 其他地形
};

class World
{
private:
    Terrain tiles_[WIDTH][HEIGHT];
};

然后具体使用的时候在每个方法里判断枚举去switch得到不同的特性，比如如果是草，移动开销则为*

听起来运行效率很高，但是地形数据太分散了，没有OOP的优雅

地形完全可以用一个类来描述，将它的数据和功能聚合在一起

class Terrain
{
public:
  Terrain(int movementCost,
          bool isWater,
          Texture texture)
  : movementCost_(movementCost),
    isWater_(isWater),
    texture_(texture)
  {}

  int getMovementCost() const { return movementCost_; }
  bool isWater() const { return isWater_; }
  const Texture& getTexture() const { return texture_; }

private:
  int movementCost_;
  bool isWater_;
  Texture texture_;
};

和森林的例子一样，每个区块并不需要实例化一份地形数据，因为位置1的草和位置7的草并没有什么不同

class World
{
private:
  Terrain* tiles_[WIDTH][HEIGHT];

  // 其他代码……
};

性能方面几乎没有额外的开销，如果要较真的话，跟踪这样的指针会导致缓存不命中，降低运行速度。

早期的马里奥的卷轴地图和如今的tilemap的实现思路想必都有使用该模式

引用

• https://gpp.tkchu.me/flyweight.html