设计模式（十一）之 Flyweight(享元)

Flyweight 定义:

避免大量拥有相同内容的小类的开销(如耗费内存),使大家共享一个类(元类).

为什么使用?

面向对象语言的原则就是一切都是对象,但是如果真正使用起来,有时对象数可能显得很庞

大,比如,字处理软件,如果以每个文字都作为一个对象,几千个字,对象数就是几千,无疑耗

费内存,那么我们还是要"求同存异",找出这些对象群的共同点,设计一个元类,封装可以被

共享的类,另外,还有一些特性是取决于应用(context),是不可共享的,这也 Flyweight 中两

个重要概念内部状态 intrinsic 和外部状态 extrinsic 之分.

说白点,就是先捏一个的原始模型,然后随着不同场合和环境,再产生各具特征的具体模型,

很显然,在这里需要产生不同的新对象,所以 Flyweight 模式中常出现 Factory 模

式.Flyweight 的内部状态是用来共享的,Flyweight factory 负责维护一个 Flyweight

pool(模式池)来存放内部状态的对象.

Flyweight 模式是一个提高程序效率和性能的模式,会大大加快程序的运行速度.应用场合

很多:比如你要从一个数据库中读取一系列字符串,这些字符串中有许多是重复的,那么我们

可以将这些字符串储存在 Flyweight 池(pool)中.

如何使用?

我们先从 Flyweight 抽象接口开始:

public interface Flyweight
{
public void operation( ExtrinsicState state );
}
//用于本模式的抽象数据类型(自行设计)
public interface ExtrinsicState { }

下面是接口的具体实现(ConcreteFlyweight) ,并为内部状态增加内存空间,

ConcreteFlyweight 必须是可共享的,它保存的任何状态都必须是内部(intrinsic),也就是

说,ConcreteFlyweight 必须和它的应用环境场合无关.

public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
private IntrinsicState state;
public void operation( ExtrinsicState state )
{
//具体操作
}
}

当然,并不是所有的 Flyweight 具体实现子类都需要被共享的,所以还有另外一种不共享的

ConcreteFlyweight:

public class UnsharedConcreteFlyweight implements Flyweight {
public void operation( ExtrinsicState state ) { }
}

Flyweight factory 负责维护一个 Flyweight 池(存放内部状态),当客户端请求一个共享

Flyweight时,这个factory首先搜索池中是否已经有可适用的,如果有,factory只是简单返

回送出这个对象,否则,创建一个新的对象,加入到池中,再返回送出这个对象.池

public class FlyweightFactory {
//Flyweight pool
private Hashtable flyweights = new Hashtable();
public Flyweight getFlyweight( Object key ) {
Flyweight flyweight = (Flyweight) flyweights.get(key);
if( flyweight == null ) {
//产生新的 ConcreteFlyweight
flyweight = new ConcreteFlyweight();
flyweights.put( key, flyweight );
}
return flyweight;
}
}

至此,Flyweight 模式的基本框架已经就绪,我们看看如何调用:

FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
Flyweight fly1 = factory.getFlyweight( "Fred" );
Flyweight fly2 = factory.getFlyweight( "Wilma" );
......

从调用上看,好象是个纯粹的 Factory 使用,但奥妙就在于 Factory 的内部设计上.

Flyweight 模式在 XML 等数据源中应用

我们上面已经提到,当大量从数据源中读取字符串,其中肯定有重复的,那么我们使用

Flyweight 模式可以提高效率,以唱片 CD 为例,在一个 XML 文件中,存放了多个 CD 的资料.

每个 CD 有三个字段:

1.出片日期(year)

2.歌唱者姓名等信息(artist)

3.唱片曲目 (title)

其中,歌唱者姓名有可能重复,也就是说,可能有同一个演唱者的多个不同时期 不同曲目的

CD.我们将"歌唱者姓名"作为可共享的 ConcreteFlyweight.其他两个字段作为

UnsharedConcreteFlyweight.

首先看看数据源 XML 文件的内容:

<?xml version="1.0"?>
<collection>
<cd>
<title>Another Green World</title>
<year>1978</year>
<artist>Eno, Brian</artist>
</cd>
<cd>
<title>Greatest Hits</title>
<year>1950</year>
<artist>Holiday, Billie</artist>
</cd>
<cd>
<title>Taking Tiger Mountain (by strategy)</title>
<year>1977</year>
<artist>Eno, Brian</artist>
</cd>
.......
</collection>

虽然上面举例 CD 只有 3 张,CD 可看成是大量重复的小类,因为其中成分只有三个字段,而且

有重复的(歌唱者姓名).

CD 就是类似上面接口 Flyweight:

public class CD {
private String title;
private int year;
private Artist artist;
public String getTitle() { return title; }
public int getYear() { return year; }
public Artist getArtist() { return artist; }
public void setTitle(String t){ title = t;}
public void setYear(int y){year = y;}
public void setArtist(Artist a){artist = a;}
}

将"歌唱者姓名"作为可共享的 ConcreteFlyweight:

public class Artist {
//内部状态
private String name;
// note that Artist is immutable.
String getName(){return name;}
Artist(String n){
name = n;
}
}

再看看 Flyweight factory,专门用来制造上面的可共享的 ConcreteFlyweight:Artist

public class ArtistFactory {
<span style="white-space:pre">	</span>Hashtable pool = new Hashtable();
Artist getArtist(String key){
Artist result;
result = (Artist)pool.get(key);
////产生新的 Artist
if(result == null) {
<span style="white-space:pre">	</span>result = new Artist(key);
<span style="white-space:pre">	</span>pool.put(key,result);
}
<span style="white-space:pre">	</span>return result;
}
}

当你有几千张甚至更多 CD 时,Flyweight 模式将节省更多空间,共享的 flyweight 越多,空间

节省也就越大.