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Flyweight模式詳解--設(shè)計(jì)模式（9）

來(lái)源：程序員人生發(fā)布時(shí)間：2016-08-29 09:03:57 閱讀次數(shù)：2648次

Flyweight模式產(chǎn)生緣由：

在面向?qū)ο笙到y(tǒng)的設(shè)計(jì)何實(shí)現(xiàn)中，創(chuàng)建對(duì)象是最為常見(jiàn)的操作。這里面就有1個(gè)問(wèn)題：如果1個(gè)利用程序使用了太多的對(duì)象，就會(huì)造成很大的存儲(chǔ)開(kāi)消。特別是對(duì)大量輕量級(jí)（細(xì)粒度）的對(duì)象，比如在文檔編輯器的設(shè)計(jì)進(jìn)程中，我們?nèi)绻麨闆](méi)有字母創(chuàng)建1個(gè)對(duì)象的話(huà)，系統(tǒng)可能會(huì)由于大量的對(duì)象而造成存儲(chǔ)開(kāi)消的浪費(fèi)。例如1個(gè)字母“a”在文檔中出現(xiàn)了100000次，而實(shí)際上我們可讓這1萬(wàn)個(gè)字母“a”同享1個(gè)對(duì)象，固然由于在不同的位置可能字母“a”有不同的顯示效果（例如字體和大小等設(shè)置不同），在這類(lèi)情況我們可以為將對(duì)象的狀態(tài)分為“外部狀態(tài)”和“內(nèi)部狀態(tài)”，將可以被同享（不會(huì)變化）的狀態(tài)作為內(nèi)部狀態(tài)存儲(chǔ)在對(duì)象中，而外部對(duì)象（例如上面提到的字體、大小等）我們可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑼獠繉?duì)象最為參數(shù)傳遞給對(duì)象（例如在顯示的時(shí)候，將字體、大小等信息傳遞給對(duì)象）。

Flyweight享元模式作用：

Flyweight模式是1個(gè)提高程序效力和性能的模式，會(huì)大大加快程序的運(yùn)行速度。利用場(chǎng)合很多:比如你要從1個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取1系列字符串，這些字符串中有許多是重復(fù)的，那末我們可以將這些字符串貯存在Flyweight池(pool)中。就是先創(chuàng)建1個(gè)的原始模型，然后隨著不同場(chǎng)合和環(huán)境，再產(chǎn)生各具特點(diǎn)的具體模型，很明顯，在這里需要產(chǎn)生不同的新對(duì)象，所以Flyweight模式中常出現(xiàn)Factory模式。Flyweight的內(nèi)部狀態(tài)是用來(lái)同享的，F(xiàn)lyweight factory負(fù)責(zé)保護(hù)1個(gè)Flyweightpool(模式池)來(lái)寄存內(nèi)部狀態(tài)的對(duì)象。

Flyweight享元模式的使用處景：

當(dāng)以下所有的條件都滿(mǎn)足時(shí)，可以斟酌使用享元模式：

（1）.1個(gè)系統(tǒng)有大量的對(duì)象。

（2）.這些對(duì)象耗費(fèi)大量的內(nèi)存。

（3）.這些對(duì)象的狀態(tài)中的大部份都可之外部化。

（4）.這些對(duì)象可以依照內(nèi)蘊(yùn)狀態(tài)分成很多的組，當(dāng)把外蘊(yùn)對(duì)象從對(duì)象中剔除時(shí)，每個(gè)組都可以?xún)H用1個(gè)對(duì)象代替。

（5）.軟件系統(tǒng)不依賴(lài)于這些對(duì)象的身份，換言之，這些對(duì)象可以是不可分辨的。

滿(mǎn)足以上的這些條件的系統(tǒng)可使用享元對(duì)象。

最后，使用享元模式需要保護(hù)1個(gè)記錄了系統(tǒng)已有的所有享元的表，而這需要耗費(fèi)資源。因此，應(yīng)當(dāng)在有足夠多的享元實(shí)例可供同享時(shí)才值得使用享元模式。

單純Flyweight享元模式模式典型的UML結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

單純Flyweight享元模式抽象基類(lèi)及接口：

抽象享元(Flyweight)角色：此角色是所有的具體享元類(lèi)的超類(lèi)，為這些類(lèi)規(guī)定出需要實(shí)現(xiàn)的公共接口。那些需要外蘊(yùn)狀態(tài)(External State)的操作可以通過(guò)調(diào)用商業(yè)方法以參數(shù)情勢(shì)傳入。

具體享元(ConcreteFlyweight)角色：實(shí)現(xiàn)抽象享元角色所規(guī)定的接口。如果有內(nèi)蘊(yùn)狀態(tài)的話(huà)，必須負(fù)責(zé)為內(nèi)蘊(yùn)狀態(tài)提供存儲(chǔ)空間。享元對(duì)象的內(nèi)蘊(yùn)狀態(tài)必須與對(duì)象所處的周?chē)h(huán)境無(wú)關(guān)，從而使得享元對(duì)象可以在系統(tǒng)內(nèi)同享的。

享元工廠(FlyweightFactory)角色：本角色負(fù)責(zé)創(chuàng)建和管理享元角色。本角色必須保證享元對(duì)象可以被系統(tǒng)適當(dāng)?shù)赝怼．?dāng)1個(gè)客戶(hù)端對(duì)象調(diào)用1個(gè)享元對(duì)象的時(shí)候，享元工廠角色會(huì)檢查系統(tǒng)中是不是已有1個(gè)復(fù)合要求的享元對(duì)象。如果已有了，享元工廠角色就應(yīng)當(dāng)提供這個(gè)已有的享元對(duì)象；如果系統(tǒng)中沒(méi)有1個(gè)適當(dāng)?shù)南碓獙?duì)象的話(huà)，享元工廠角色就應(yīng) 當(dāng)創(chuàng)建1個(gè)適合的享元對(duì)象。

客戶(hù)端(Client)角色：本角色需要保護(hù)1個(gè)對(duì)所有享元對(duì)象的援用。本角色需要自行存儲(chǔ)所有享元對(duì)象的外蘊(yùn)狀態(tài)。

單純Flyweight享元模式典型的示例代碼以下：

using System; using System.Collections; // 享元工廠類(lèi) class FlyweightFactory { // 域 private Hashtable flyweights = new Hashtable(); //構(gòu)造函數(shù) public FlyweightFactory() { flyweights.Add("X", new ConcreteFlyweight()); flyweights.Add("Y", new ConcreteFlyweight()); flyweights.Add("Z", new ConcreteFlyweight()); } // 方法 public Flyweight GetFlyweight(string key) { return((Flyweight)flyweights[key]); } } // 輕量級(jí)選手 abstract class Flyweight { // 方法 abstract public void Operation(int extrinsicstate); } // 具體享元類(lèi) class ConcreteFlyweight : Flyweight { private string intrinsicstate = "A"; // 方法 override public void Operation(int extrinsicstate) { Console.WriteLine("ConcreteFlyweight: intrinsicstate {0}, extrinsicstate {1}", intrinsicstate, extrinsicstate); } } public class Client { public static void Main(string[] args) { // 任意狀態(tài) int extrinsicstate = 22; FlyweightFactory f = new FlyweightFactory(); //使用不同的輕量級(jí)選手實(shí)例 Flyweight fx = f.GetFlyweight("X"); fx.Operation(--extrinsicstate); Flyweight fy = f.GetFlyweight("Y"); fy.Operation(--extrinsicstate); Flyweight fz = f.GetFlyweight("Z"); fz.Operation(--extrinsicstate); } }

復(fù)合Flyweight享元模式典型的UML結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

復(fù)合Flyweight享元模式抽象基類(lèi)及接口：

抽象享元角色：此角色是所有的具體享元類(lèi)的超類(lèi)，為這些類(lèi)規(guī)定出需要實(shí)現(xiàn)的公共接口。那些需要外蘊(yùn)狀態(tài)(External State)的操作可以通過(guò)方法的參數(shù)傳入。抽象享元的接口使得享元變得可能，但是其實(shí)不強(qiáng)迫子類(lèi)實(shí)行同享，因此并不是所有的享元對(duì)象都是可以同享的。

復(fù)合享元(UnsharableFlyweight)角色：復(fù)合享元角色所代表的對(duì)象是不可以同享的，但是1個(gè)復(fù)合享元對(duì)象可以分解成為多個(gè)本身是單純享元對(duì)象的組合。復(fù)合享元角色又稱(chēng)做不可同享的享元對(duì)象。

享元工廠(FlyweightFactoiy)角色：本角色負(fù)責(zé)創(chuàng)建和管理享元角色。本角色必須保證享元對(duì)象可以被系統(tǒng)適當(dāng)?shù)赝?。?dāng)1個(gè)客戶(hù)端對(duì)象要求1個(gè)享元對(duì)象的時(shí)候，享元工廠角色需要檢查系統(tǒng)中是不是已有1個(gè)符合要求的享元對(duì)象，如果已有了，享元工廠角色就應(yīng)當(dāng)提供這個(gè)已有的享元對(duì)象；如果系統(tǒng)中沒(méi)有1個(gè)適當(dāng)?shù)南碓獙?duì)象的話(huà)，享元工廠角色就應(yīng)當(dāng)創(chuàng)建1個(gè)新的適合的享元對(duì)象。

客戶(hù)端(Client)角色：本角色還需要自行存儲(chǔ)所有享元對(duì)象的外蘊(yùn)狀態(tài)。

示例1：1個(gè)咖啡的例子

在這個(gè)咖啡攤(CoffeeStall)所使用的系統(tǒng)里，有1系列的咖啡"風(fēng)味(Flavor)"。客人到攤位上購(gòu)買(mǎi)咖啡，所有的咖啡均放在臺(tái)子上，客人自己拿到咖啡后就離開(kāi)攤位?？Х扔袃?nèi)蘊(yùn)狀態(tài)，也就是咖啡的風(fēng)味；咖啡沒(méi)有環(huán)境因素，也就是說(shuō)沒(méi)有外蘊(yùn)狀態(tài)。如果系統(tǒng)為每杯咖啡都創(chuàng)建1個(gè)獨(dú)立的對(duì)象的話(huà)，那末就需要?jiǎng)?chuàng)建出很多的細(xì)小對(duì)象來(lái)。這樣就不如把咖啡依照種類(lèi)(即"風(fēng)味")劃分，每種風(fēng)味的咖啡只創(chuàng)建1個(gè)對(duì)象，并實(shí)行同享。

使用咖啡攤主的語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，所有的咖啡都可按"風(fēng)味"劃分成如Capucino、Espresso等，每種風(fēng)味的咖啡不論賣(mài)出多少杯，都是全同、不可分辨的。所謂同享，就是咖啡風(fēng)味的同享，制造方法的同享等。因此，享元模式對(duì)咖啡攤來(lái)講，就意味著不需要為每份單獨(dú)調(diào)制。攤主可以在需要時(shí)，1次性地調(diào)制出足夠1天出售的某1種風(fēng)味的咖啡。

很明顯，這里合適使用單純享元模式。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以下：

using System; using System.Collections; public abstract class Order { // 將咖啡賣(mài)給客人 public abstract void Serve(); // 返回咖啡的名字 public abstract string GetFlavor(); } public class Flavor : Order { private string flavor; // 構(gòu)造函數(shù)，內(nèi)蘊(yùn)狀態(tài)以參數(shù)方式傳入 public Flavor(string flavor) { this.flavor = flavor; } // 返回咖啡的名字 public override string GetFlavor() { return this.flavor; } // 將咖啡賣(mài)給客人 public override void Serve() { Console.WriteLine("Serving flavor " + flavor); } } public class FlavorFactory { private Hashtable flavors = new Hashtable(); public Order GetOrder(string key) { if(! flavors.ContainsKey(key)) flavors.Add(key, new Flavor(key)); return ((Order)flavors[key]); } public int GetTotalFlavorsMade() { return flavors.Count; } } public class Client { private static FlavorFactory flavorFactory; private static int ordersMade = 0; public static void Main( string[] args ) { flavorFactory = new FlavorFactory(); TakeOrder("Black Coffee"); TakeOrder("Capucino"); TakeOrder("Espresso"); TakeOrder("Capucino"); TakeOrder("Espresso"); TakeOrder("Black Coffee"); TakeOrder("Espresso"); TakeOrder("Espresso"); TakeOrder("Black Coffee"); TakeOrder("Capucino"); TakeOrder("Capucino"); TakeOrder("Black Coffee"); Console.WriteLine("\nTotal Orders made: " + ordersMade); Console.WriteLine("\nTotal Flavor objects made: " + flavorFactory.GetTotalFlavorsMade()); } private static void TakeOrder(string aFlavor) { Order o = flavorFactory.GetOrder(aFlavor); // 將咖啡賣(mài)給客人 o.Serve(); ordersMade++; } }

示例2：咖啡店的例子

在前面的咖啡攤項(xiàng)目里，由于沒(méi)有供客人坐的桌子，所有的咖啡均沒(méi)有環(huán)境的影響。換言之，咖啡唯一內(nèi)蘊(yùn)狀態(tài)，也就是咖啡的種類(lèi)，而沒(méi)有外蘊(yùn)狀態(tài)。下面斟酌1個(gè)范圍稍稍大1點(diǎn)的咖啡屋(Coffee Shop)項(xiàng)目。屋子里有很多的桌子供客人坐，系統(tǒng)除需要提供咖啡的"風(fēng)味"以外，還需要跟蹤咖啡被送到哪個(gè)桌位上，因此，咖啡就有了桌子作為外蘊(yùn)狀態(tài)。

由于外蘊(yùn)狀態(tài)的存在，沒(méi)有外蘊(yùn)狀態(tài)的單純享元模式不再符合要求。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以利用有外蘊(yùn)狀態(tài)的單純享元模式。系統(tǒng)的代碼以下：

using System; using System.Collections; public abstract class Order { // 將咖啡賣(mài)給客人 public abstract void Serve(Table table); // 返回咖啡的名字 public abstract string GetFlavor(); } public class Flavor : Order { private string flavor; // 構(gòu)造函數(shù)，內(nèi)蘊(yùn)狀態(tài)以參數(shù)方式傳入 public Flavor(string flavor) { this.flavor = flavor; } // 返回咖啡的名字 public override string GetFlavor() { return this.flavor; } // 將咖啡賣(mài)給客人 public override void Serve(Table table) { Console.WriteLine("Serving table {0} with flavor {1}", table.Number, flavor); } } public class FlavorFactory { private Hashtable flavors = new Hashtable(); public Order GetOrder(string key) { if(! flavors.ContainsKey(key)) flavors.Add(key, new Flavor(key)); return ((Order)flavors[key]); } public int GetTotalFlavorsMade() { return flavors.Count; } } public class Table { private int number; public Table(int number) { this.number = number; } public int Number { get { return number; } } } public class Client { private static FlavorFactory flavorFactory; private static int ordersMade = 0; public static void Main( string[] args ) { flavorFactory = new FlavorFactory(); TakeOrder("Black Coffee"); TakeOrder("Capucino"); TakeOrder("Espresso"); TakeOrder("Capucino"); TakeOrder("Espresso"); TakeOrder("Black Coffee"); TakeOrder("Espresso"); TakeOrder("Espresso"); TakeOrder("Black Coffee"); TakeOrder("Capucino"); TakeOrder("Capucino"); TakeOrder("Black Coffee"); Console.WriteLine("\nTotal Orders made: " + ordersMade); Console.WriteLine("\nTotal Flavor objects made: " + flavorFactory.GetTotalFlavorsMade()); } private static void TakeOrder(string aFlavor) { Order o = flavorFactory.GetOrder(aFlavor); // 將咖啡賣(mài)給客人 o.Serve(new Table(++ordersMade)); } }

Flyweight享元模式使用總結(jié)：

（1）.Flyweight享元模式的優(yōu)點(diǎn)在于它大幅度地下降內(nèi)存中對(duì)象的數(shù)量。但是，它做到這1點(diǎn)所付出的代價(jià)也是很高的：

（2）.Flyweight享元模式使得系統(tǒng)更加復(fù)雜。為了使對(duì)象可以同享，需要將1些狀態(tài)外部化，這使得程序的邏輯復(fù)雜化。

（3）.Flyweight享元模式將享元對(duì)象的狀態(tài)外部化，而讀取外部狀態(tài)使得運(yùn)行時(shí)間略微變長(zhǎng)。

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