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享元(Flyweight)模式(享元模式优缺点)

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本文将带您了解关于享元的新内容,同时我们还将为您解释Flyweight模式的相关知识,另外,我们还将为您提供关于.Net结构型设计模式之享元模式(Flyweight)、13、结构型-享元模式(Flyw

本文将带您了解关于享元的新内容,同时我们还将为您解释Flyweight模式的相关知识,另外,我们还将为您提供关于.Net结构型设计模式之享元模式(Flyweight)、13、结构型-享元模式(Flyweight)、C#设计模式之十一享元模式(Flyweight Pattern)【结构型】、C++设计模式编程之Flyweight享元模式结构详解的实用信息。

本文目录一览:

享元(Flyweight)模式(享元模式优缺点)

享元(Flyweight)模式(享元模式优缺点)

  Flyweight在拳击比赛中指最轻量级,即“蝇量级”或“雨量级”,这里选择使用“享元模式”的意译,是因为这样更能反映模式的用意。享元模式是对象的结构模式。享元模式以共享的方式高效地支持大量的细粒度对象。

Java中的String类型

  在JAVA语言中,String类型就是使用了享元模式。String对象是final类型,对象一旦创建就不可改变。在JAVA中字符串常量 都是存在常量池中的,JAVA会确保一个字符串常量在常量池中只有一个拷贝。String a="abc",其中"abc"就是一个字符串常量。

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        
        String a = "abc";
        String b = "abc";
        System.out.println(a==b);
        
    }
}

  上面的例子中结果为:true ,这就说明a和b两个引用都指向了常量池中的同一个字符串常量"abc"。这样的设计避免了在创建N多相同对象时所产生的不必要的大量的资源消耗。

享元模式的结构

  享元模式采用一个共享来避免大量拥有相同内容对象的开销。这种开销最常见、最直观的就是内存的损耗。享元对象能做到共享的关键是区分内蕴状态(Internal State)外蕴状态(External State)。

  一个内蕴状态是存储在享元对象内部的,并且是不会随环境的改变而有所不同。因此,一个享元可以具有内蕴状态并可以共享。

  一个外蕴状态是随环境的改变而改变的、不可以共享的。享元对象的外蕴状态必须由客户端保存,并在享元对象被创建之后,在需要使用的时候再传入到享元对象内部。外蕴状态不可以影响享元对象的内蕴状态,它们是相互独立的。

  享元模式可以分成单纯享元模式复合享元模式两种形式。

单纯享元模式  

  在单纯的享元模式中,所有的享元对象都是可以共享的。

  单纯享元模式所涉及到的角色如下:

  ●  抽象享元(Flyweight)角色 :给出一个抽象接口,以规定出所有具体享元角色需要实现的方法。

  ●  具体享元(ConcreteFlyweight)角色:实现抽象享元角色所规定出的接口。如果有内蕴状态的话,必须负责为内蕴状态提供存储空间。

  ●  享元工厂(FlyweightFactory)角色 :本角色负责创建和管理享元角色。本角色必须保证享元对象可以被系统适当地共享。当一个客户端对象调用一个享元对象的时候,享元工厂角色会检查系统中是否 已经有一个符合要求的享元对象。如果已经有了,享元工厂角色就应当提供这个已有的享元对象;如果系统中没有一个适当的享元对象的话,享元工厂角色就应当创 建一个合适的享元对象。

源代码

  抽象享元角色类

public interface Flyweight {
    //一个示意性方法,参数state是外蕴状态
    public void operation(String state);
}

  具体享元角色类ConcreteFlyweight有一个内蕴状态,在本例中一个Character类型的intrinsicState属性代表,它的值应当在享元对象被创建时赋予。所有的内蕴状态在对象创建之后,就不会再改变了。

  如果一个享元对象有外蕴状态的话,所有的外部状态都必须存储在客户端,在使用享元对象时,再由客户端传入享元对象。这里只有一个外蕴状态,operation()方法的参数state就是由外部传入的外蕴状态。

public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
    private Character intrinsicState = null;
    /**
     * 构造函数,内蕴状态作为参数传入
     * @param state
     */
    public ConcreteFlyweight(Character state){
        this.intrinsicState = state;
    }
    
    
    /**
     * 外蕴状态作为参数传入方法中,改变方法的行为,
     * 但是并不改变对象的内蕴状态。
     */
    @Override
    public void operation(String state) {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("Intrinsic State = " + this.intrinsicState);
        System.out.println("Extrinsic State = " + state);
    }

}

  享元工厂角色类,必须指出的是,客户端不可以直接将具体享元类实例化,而必须通过一个工厂对象,利用一个factory()方法得到享元对象。一般而言,享元工厂对象在整个系统中只有一个,因此也可以使用单例模式。

  当客户端需要单纯享元对象的时候,需要调用享元工厂的factory()方法,并传入所需的单纯享元对象的内蕴状态,由工厂方法产生所需要的享元对象。

public class FlyweightFactory {
    private Map<Character,Flyweight> files = new HashMap<Character,Flyweight>();
    
    public Flyweight factory(Character state){
        //先从缓存中查找对象
        Flyweight fly = files.get(state);
        if(fly == null){
            //如果对象不存在则创建一个新的Flyweight对象
            fly = new ConcreteFlyweight(state);
            //把这个新的Flyweight对象添加到缓存中
            files.put(state, fly);
        }
        return fly;
    }
}

  客户端类

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
        Flyweight fly = factory.factory(new Character(''a''));
        fly.operation("First Call");
        
        fly = factory.factory(new Character(''b''));
        fly.operation("Second Call");
        
        fly = factory.factory(new Character(''a''));
        fly.operation("Third Call");
    }

}

  虽然客户端申请了三个享元对象,但是实际创建的享元对象只有两个,这就是共享的含义。运行结果如下:

复合享元模式

  在单纯享元模式中,所有的享元对象都是单纯享元对象,也就是说都是可以直接共享的。还有一种较为复杂的情况,将一些单纯享元使用合成模式加以复合,形成复合享元对象。这样的复合享元对象本身不能共享,但是它们可以分解成单纯享元对象,而后者则可以共享。

  复合享元模式所涉及到的角色如下:

  ●  抽象享元(Flyweight)角色 :给出一个抽象接口,以规定出所有具体享元角色需要实现的方法。

  ●  具体享元(ConcreteFlyweight)角色:实现抽象享元角色所规定出的接口。如果有内蕴状态的话,必须负责为内蕴状态提供存储空间。

  ●   复合享元(ConcreteCompositeFlyweight)角色 :复合享元角色所代表的对象是不可以共享的,但是一个复合享元对象可以分解成为多个本身是单纯享元对象的组合。复合享元角色又称作不可共享的享元对象。

  ●   享元工厂(FlyweightFactory)角色 :本角 色负责创建和管理享元角色。本角色必须保证享元对象可以被系统适当地共享。当一个客户端对象调用一个享元对象的时候,享元工厂角色会检查系统中是否已经有 一个符合要求的享元对象。如果已经有了,享元工厂角色就应当提供这个已有的享元对象;如果系统中没有一个适当的享元对象的话,享元工厂角色就应当创建一个 合适的享元对象。

源代码

  抽象享元角色类

public interface Flyweight {
    //一个示意性方法,参数state是外蕴状态
    public void operation(String state);
}

  具体享元角色类

public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
    private Character intrinsicState = null;
    /**
     * 构造函数,内蕴状态作为参数传入
     * @param state
     */
    public ConcreteFlyweight(Character state){
        this.intrinsicState = state;
    }
    
    
    /**
     * 外蕴状态作为参数传入方法中,改变方法的行为,
     * 但是并不改变对象的内蕴状态。
     */
    @Override
    public void operation(String state) {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("Intrinsic State = " + this.intrinsicState);
        System.out.println("Extrinsic State = " + state);
    }

}

  复合享元对象是由单纯享元对象通过复合而成的,因此它提供了add()这样的聚集管理方法。由于一个复合享元对象具有不同的聚集元素,这些聚集元素在复合享元对象被创建之后加入,这本身就意味着复合享元对象的状态是会改变的,因此复合享元对象是不能共享的。

  复合享元角色实现了抽象享元角色所规定的接口,也就是operation()方法,这个方法有一个参数,代表复合享元对象的外蕴状态。一个复合 享元对象的所有单纯享元对象元素的外蕴状态都是与复合享元对象的外蕴状态相等的;而一个复合享元对象所含有的单纯享元对象的内蕴状态一般是不相等的,不然 就没有使用价值了。

public class ConcreteCompositeFlyweight implements Flyweight {
    
    private Map<Character,Flyweight> files = new HashMap<Character,Flyweight>();
    /**
     * 增加一个新的单纯享元对象到聚集中
     */
    public void add(Character key , Flyweight fly){
        files.put(key,fly);
    }
    /**
     * 外蕴状态作为参数传入到方法中
     */
    @Override
    public void operation(String state) {
        Flyweight fly = null;
        for(Object o : files.keySet()){
            fly = files.get(o);
            fly.operation(state);
        }
        
    }

}

  享元工厂角色提供两种不同的方法,一种用于提供单纯享元对象,另一种用于提供复合享元对象。

public class FlyweightFactory {
    private Map<Character,Flyweight> files = new HashMap<Character,Flyweight>();
    /**
     * 复合享元工厂方法
     */
    public Flyweight factory(List<Character> compositeState){
        ConcreteCompositeFlyweight compositeFly = new ConcreteCompositeFlyweight();
        
        for(Character state : compositeState){
            compositeFly.add(state,this.factory(state));
        }
        
        return compositeFly;
    }
    /**
     * 单纯享元工厂方法
     */
    public Flyweight factory(Character state){
        //先从缓存中查找对象
        Flyweight fly = files.get(state);
        if(fly == null){
            //如果对象不存在则创建一个新的Flyweight对象
            fly = new ConcreteFlyweight(state);
            //把这个新的Flyweight对象添加到缓存中
            files.put(state, fly);
        }
        return fly;
    }
}

  客户端角色

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        List<Character> compositeState = new ArrayList<Character>();
        compositeState.add(''a'');
        compositeState.add(''b'');
        compositeState.add(''c'');
        compositeState.add(''a'');
        compositeState.add(''b'');
        
        FlyweightFactory flyFactory = new FlyweightFactory();
        Flyweight compositeFly1 = flyFactory.factory(compositeState);
        Flyweight compositeFly2 = flyFactory.factory(compositeState);
        compositeFly1.operation("Composite Call");
        
        System.out.println("---------------------------------");        
        System.out.println("复合享元模式是否可以共享对象:" + (compositeFly1 == compositeFly2));
        
        Character state = ''a'';
        Flyweight fly1 = flyFactory.factory(state);
        Flyweight fly2 = flyFactory.factory(state);
        System.out.println("单纯享元模式是否可以共享对象:" + (fly1 == fly2));
    }
}

运行结果如下:

  从运行结果可以看出,一个复合享元对象的所有单纯享元对象元素的外蕴状态都是与复合享元对象的外蕴状态相等的。即外运状态都等于Composite Call。

  从运行结果可以看出,一个复合享元对象所含有的单纯享元对象的内蕴状态一般是不相等的。即内蕴状态分别为b、c、a。

  从运行结果可以看出,复合享元对象是不能共享的。即使用相同的对象compositeState通过工厂分别两次创建出的对象不是同一个对象。

  从运行结果可以看出,单纯享元对象是可以共享的。即使用相同的对象state通过工厂分别两次创建出的对象是同一个对象。

享元模式的优缺点

  享元模式的优点在于它大幅度地降低内存中对象的数量。但是,它做到这一点所付出的代价也是很高的:

  ●  享元模式使得系统更加复杂。为了使对象可以共享,需要将一些状态外部化,这使得程序的逻辑复杂化。

  ●  享元模式将享元对象的状态外部化,而读取外部状态使得运行时间稍微变长。

.Net结构型设计模式之享元模式(Flyweight)

.Net结构型设计模式之享元模式(Flyweight)

一、动机(Motivate)

在软件系统中,采用纯粹对象方案的问题在于大量细粒度的对象会很快充斥在系统中,从而带来很高的运行时代价——主要指内存需求方面的代价。如何在避免大量细粒度对象问题的同时,让外部客户程序仍然能够透明地使用面向对象的方式来进行操作?

二、意图(Intent)

运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。                                        ——《设计模式》GoF

三、结构图(Structure)

四、模式的组成

(1)、抽象享元角色(Flyweight):此角色是所有的具体享元类的基类,为这些类规定出需要实现的公共接口。那些需要外部状态的操作可以通过调用方法以参数形式传入。
(2)、具体享元角色(ConcreteFlyweight):实现抽象享元角色所规定的接口。如果有内部状态的话,可以在类内部定义。
(3)、享元工厂角色(FlyweightFactory):本角色负责创建和管理享元角色。本角色必须保证享元对象可以被系统适当地共享,当一个客户端对象调用一个享元对象的时候,享元工厂角色检查系统中是否已经有一个符合要求的享元对象,如果已经存在,享元工厂角色就提供已存在的享元对象,如果系统中没有一个符合的享元对象的话,享元工厂角色就应当创建一个合适的享元对象。
(4)、客户端角色(Client):本角色需要存储所有享元对象的外部状态。

五、享元模式的具体代码实现

/// <summary>
/// 享元的抽象类
/// </summary>
public abstract class Flyweight
{
    public abstract void Operation(int extrinsicState);
}
/// <summary>
/// 需要共享的具体类
/// </summary>
public class ConceteFlyweight : Flyweight
{
    public override void Operation(int extrinsicState)
    {
        Console.WriteLine("需要共享的具体Flyweight类:" + extrinsicState);
    }
}
/// <summary>
/// 不需要共享的具体类
/// </summary>
public class UnsharedConcreteFlyeight : Flyweight
{
    public override void Operation(int extrinsicState)
    {
        Console.WriteLine("不需要共享的具体Flyweight类:" + extrinsicState);
    }
}
/// <summary>
/// 一个工厂类,用来合理创建对象
/// </summary>
public class FlyweightFactory
{
    private Dictionary<string, Flyweight> dic = new Dictionary<string, Flyweight>();
    public Flyweight GetFlyweight(string key, bool type)
    {
        if (!dic.ContainsKey(key))
        {
            Flyweight flyweight = new UnsharedConcreteFlyeight();
            if (type)
                flyweight = new ConceteFlyweight();
            dic.Add(key, flyweight);
        }
        return (Flyweight)dic[key];
    }
}
/// <summary>
/// 客户端调用
/// </summary>
public class App
{
    static void Main()
    {
        int extrinsicState = 26;
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
        Flyweight f1 = factory.GetFlyweight("oec2003", true);
        f1.Operation(++extrinsicState);
        Flyweight f2 = factory.GetFlyweight("oec2003", true);
        f2.Operation(++extrinsicState);
        Flyweight f3 = factory.GetFlyweight("oec2004", false);
        f3.Operation(++extrinsicState);
    }
}

六、享元模式的实现要点:

面向对象很好地解决了抽象性的问题,但是作为一个运行在机器中的程序实体,我们需要考虑对象的代价问题。Flyweight设计模式主要解决面向对象的代价问题,一般不触及面向对象的抽象性问题。
Flyweight采用对象共享的做法来降低系统中对象的个数,从而降低细粒度对象给系统带来的内存压力。在具体实现方面,要注意对象状态的处理。
对象的数量太大从而导致对象内存开销加大——什么样的数量才算大?这需要我们仔细的根据具体应用情况进行评估,而不能凭空臆断。

1、享元模式的优点

(1)、享元模式的优点在于它能够极大的减少系统中对象的个数。
(2)、享元模式由于使用了外部状态,外部状态相对独立,不会影响到内部状态,所以享元模式使得享元对象能够在不同的环境被共享。

2、享元模式的缺点

(1)、由于享元模式需要区分外部状态和内部状态,使得应用程序在某种程度上来说更加复杂化了。
(2)、为了使对象可以共享,享元模式需要将享元对象的状态外部化,而读取外部状态使得运行时间变化。

3、在下面所有条件都满足时,可以考虑使用享元模式:

(1)、一个系统中有大量的对象;
(2)、这些对象耗费大量的内存;
(3)、这些对象中的状态大部分都可以被外部化;
(4)、这些对象可以按照内部状态分成很多的组,当把外部对象从对象中剔除时,每一个组都可以仅用一个对象代替软件系统不依赖这些对象的身份,满足上面的条件的系统可以使用享元模式。但是使用享元模式需要额外维护一个记录子系统已有的所有享元的表,而这也需要耗费资源,所以,应当在有足够多的享元实例可共享时才值得使用享元模式。

七、.NET 中享元模式的实现

.NET在C#中有一个Code Behind机制,它表面有一个aspx文件,背后又有一个cs文件,它的编译过程实际上会把aspx文件解析成C#文件,然后编译成dll,在这个过程中,我们在aspx中写的任何html代码都会转化为literal control,literal control是一个一般的文本控件,它就表示html标记。当这些标记有一样的时候,构建控件树的时候就会用到Flyweight模式。
它的应用并不是那么平凡,只有在效率空间确实不高的时候我们才用它。

到此这篇关于.Net结构型设计模式之享元模式(Flyweight)的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持。

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13、结构型-享元模式(Flyweight)

13、结构型-享元模式(Flyweight)

享元模式(Flyweight Pattern):运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。系统只使用少量的对象,而这些对象都很相似,状态变化很小,可以实现对象的多次复用。由于享元模式要求能够共享的对象必须是细粒度对象,因此它又称为轻量级模式,它是一种对象结构型模式。

享元模式以共享的方式高效地支持大量细粒度对象的重用,享元对象能做到共享的关键是区分了内部状态(Intrinsic State)和外部状态(Extrinsic State)。下面将对享元的内部状态和外部状态进行简单的介绍:

(1)内部状态是存储在享元对象内部并且不会随环境改变而改变的状态,内部状态可以共享。如字符的内容,不会随外部环境的变化而变化,无论在任何环境下字符“a”始终是“a”,都不会变成“b”。
(2)外部状态是随环境改变而改变的、不可以共享的状态。享元对象的外部状态通常由客户端保存,并在享元对象被创建之后,需要使用的时候再传入到享元对象内部。一个外部状态与另一个外部状态之间是相互独立的。如字符的颜色,可以在不同的地方有不同的颜色,例如有的“a”是红色的,有的“a”是绿色的,字符的大小也是如此,有的“a”是五号字,有的“a”是四号字。而且字符的颜色和大小是两个独立的外部状态,它们可以独立变化,相互之间没有影响,客户端可以在使用时将外部状态注入享元对象中。

在享元模式结构图中包含如下几个角色:

● Flyweight(抽象享元类):通常是一个接口或抽象类,在抽象享元类中声明了具体享元类公共的方法,这些方法可以向外界提供享元对象的内部数据(内部状态),同时也可以通过这些方法来设置外部数据(外部状态)。
● ConcreteFlyweight(具体享元类):它实现了抽象享元类,其实例称为享元对象;在具体享元类中为内部状态提供了存储空间。通常我们可以结合单例模式来设计具体享元类,为每一个具体享元类提供唯一的享元对象。
● UnsharedConcreteFlyweight(非共享具体享元类):并不是所有的抽象享元类的子类都需要被共享,不能被共享的子类可设计为非共享具体享元类;当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建。
● FlyweightFactory(享元工厂类):享元工厂类用于创建并管理享元对象,它针对抽象享元类编程,将各种类型的具体享元对象存储在一个享元池中,享元池一般设计为一个存储“键值对”的集合(也可以是其他类型的集合),可以结合工厂模式进行设计;当用户请求一个具体享元对象时,享元工厂提供一个存储在享元池中已创建的实例或者创建一个新的实例(如果不存在的话),返回新创建的实例并将其存储在享元池中。

1.主要优点

(1) 可以极大减少内存中对象的数量,使得相同或相似对象在内存中只保存一份,从而可以节约系统资源,提高系统性能。
(2) 享元模式的外部状态相对独立,而且不会影响其内部状态,从而使得享元对象可以在不同的环境中被共享。

2.主要缺点

(1) 享元模式使得系统变得复杂,需要分离出内部状态和外部状态,这使得程序的逻辑复杂化。
(2) 为了使对象可以共享,享元模式需要将享元对象的部分状态外部化,而读取外部状态将使得运行时间变长。

3.适用场景

(1) 一个系统有大量相同或者相似的对象,造成内存的大量耗费。
(2) 对象的大部分状态都可以外部化,可以将这些外部状态传入对象中。
(3) 在使用享元模式时需要维护一个存储享元对象的享元池,而这需要耗费一定的系统资源,因此,应当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。

享元模式的主要目的是实现对象的共享,即共享池,当系统中对象多的时候可以减少内存的开销,通常与工厂模式一起使用。

一提到共享池,我们很容易联想到Java里面的JDBC连接池,想想每个连接的特点,我们不难总结出:适用于作共享的一些个对象,他们有一些共有的属性,就拿数据库连接池来说,url、driverClassName、username、password及dbname,这些属性对于每个连接来说都是一样的,所以就适合用享元模式来处理,建一个工厂类,将上述类似属性作为内部数据,其它的作为外部数据,在方法调用时,当做参数传进来,这样就节省了空间,减少了实例的数量。看个例子:

输入图片说明

看下数据库连接池的代码:

public class ConnectionPool {  
    
    /*享元池*/  
    private Vector<Connection> pool;  
      
    /*内部状态*/  
    private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";  
    private String username = "root";  
    private String password = "root";  
    private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver";  
  
    private int poolSize = 100;  
    private static ConnectionPool instance = null;  
    Connection conn = null;  
  
    /*构造方法,做一些初始化工作*/  
    private ConnectionPool() {  
        pool = new Vector<Connection>(poolSize);  
  
        for (int i = 0; i < poolSize; i++) {  
            try {  
                Class.forName(driverClassName);  
                conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);  
                pool.add(conn);  
            } catch (ClassNotFoundException e) {  
                e.printStackTrace();  
            } catch (SQLException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  
    }  
  
    /* 返回连接到连接池 */  
    public synchronized void release() {  
        pool.add(conn);  
    }  
  
    /* 返回连接池中的一个数据库连接 */  
    public synchronized Connection getConnection() {  
        if (pool.size() > 0) {  
            Connection conn = pool.get(0);  
            pool.remove(conn);  
            return conn;  
        } else {  
            return null;  
        }  
    }  
}  

通过连接池的管理,实现了数据库连接的共享,不需要每一次都重新创建连接,节省了数据库重新创建的开销,提升了系统的性能!

C#设计模式之十一享元模式(Flyweight Pattern)【结构型】

C#设计模式之十一享元模式(Flyweight Pattern)【结构型】

一、引言

   今天我们要讲【结构型】设计模式的第六个模式,该模式是【享元模式】,英文名称是:Flyweight Pattern。还是老套路,先从名字上来看看。“享元”是不是可以这样理解,共享“单元”,单元是什么呢,举例说明,对于图形而言就是图元,对于英文来说就只26个英文字母,对于汉语来说就是每个汉字,也可以这样理解“元”,构成事物的最小单元,这些单元如果大量、且重复出现,可以缓存重复出现的单元,达到节省内存的目的,换句说法就是享元是为了节省空间,对于计算机而言就是内存。面向对象很好地解决了系统抽象性的问题(系统抽象性指把系统里面的事物写成类,类可以实例化成为对象,用对象和对象之间的关系来设计系统),在大多数情况下,这样做是不会损及系统的性能的。但是,在某些特殊的应用中,由于对象的数量太大,并且这些大量的对象中有很多是重复的,如果每个对象都单独的创建(C#的语法是new)出来,会给系统带来难以承受的内存开销。比如图形应用中的图元等对象、字处理应用中的字符对象等。

二、享元模式的详细介绍

2.1、动机(Motivate)

   在软件系统中,采用纯粹对象方案的问题在于大量细粒度的对象会很快充斥在系统中,从而带来很高的运行时代价——主要指内存需求方面的代价。如何在避免大量细粒度对象问题的同时,让外部客户程序仍然能够透明地使用面向对象的方式来进行操作?

2.2、意图(Intent)

   运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。                                             ——《设计模式》GoF

2.3、结构图(Structure)

       i



2.4、模式的组成
    
    (1)、抽象享元角色(Flyweight):此角色是所有的具体享元类的基类,为这些类规定出需要实现的公共接口。那些需要外部状态的操作可以通过调用方法以参数形式传入。

    (2)、具体享元角色(ConcreteFlyweight):实现抽象享元角色所规定的接口。如果有内部状态的话,可以在类内部定义。

    (3)、享元工厂角色(FlyweightFactory):本角色负责创建和管理享元角色。本角色必须保证享元对象可以被系统适当地共享,当一个客户端对象调用一个享元对象的时候,享元工厂角色检查系统中是否已经有一个符合要求的享元对象,如果已经存在,享元工厂角色就提供已存在的享元对象,如果系统中没有一个符合的享元对象的话,享元工厂角色就应当创建一个合适的享元对象。

    (4)、客户端角色(Client):本角色需要存储所有享元对象的外部状态。

2.5、享元模式的具体代码实现

    说起“享元模式”,我这里有一个很好的场景可以进行说明。我们知道在战斗的游戏场景中,会有很多战士,基本上战士都是差不多的,小区别战士忽略,最大的区别就是拿的武器不同而已。在大型的战争游戏中,会有大量的士兵出来战斗,我们写程序的时候就可以用“享元”来解决大量战士的情况。

  1 namespace 享元模式的实现
  2     {
  3         /// <summary>
  4         /// 享元模式不是很难,但是有些状态需要单独处理,以下就是该模式的C#实现,有些辅助类,大家应该看得出吧,别混了。
  5         </summary>
  6         class Client
  7         {
  8             static void Main(string[] args)
  9             {
 10                 //比如,我们现在需要10000个一般士兵,只需这样
 11                 SoldierFactory factory = new SoldierFactory();
 12                 AK47 ak47 =  AK47();
 13                 for (int i = 0; i < 100; i++)
 14                 {
 15                     Soldier soldier = null;
 16                     if (i <= 20 17                     {
 18                         soldier = factory.GetSoldier("士兵" + (i + 1),ak47,SoldierType.normal);
 19                     }
 20                     else
 21  22                         soldier = factory.GetSoldier( 23                     }     
 24                     soldier.fight();
 25                 }
 26                 我们有这么多的士兵,但是使用的内存不是很多,因为我们缓存了。
 27                 Console.Read();
 28             }
 29         }
 30 
 31         这些是辅助类型
 32         public enum SoldierType
 33  34             normal, 35             Water
 36  37 
 38         该类型就是抽象战士Soldier--该类型相当于抽象享元角色
 39         abstract  Soldier
 40  41             通过构造函数初始化士兵的名称
 42             protected Soldier( name)
 43  44                 this.Name = name;
 45  46 
 47             士兵的名字
 48             string Name { get; private set; }
 49 
 50             可以传入不同的武器就用不同的活力---该方法相当于抽象Flyweight的Operation方法
 51             void fight();
 52 
 53             public Weapen WeapenInstance {  54  55 
 56         一般类型的战士,武器就是步枪---相当于具体的Flyweight角色
 57         sealed  normalSoldier : Soldier
 58  59              60             public normalSoldier(string name) : base(name) { }
 61 
 62             执行享元的方法---就是Flyweight类型的Operation方法
 63             override  fight()
 64  65                 WeapenInstance.Fire(士兵:"+Name+ 在陆地执行击毙任务");
 66  67  68 
 69         这是海军陆战队队员,武器精良----相当于具体的Flyweight角色
 70          WaterSoldier : Soldier
 71  72              73             public WaterSoldier( 74 
 75              76              77  78                 WeapenInstance.Fire( 在海中执行击毙任务 79  80  81 
 82         此类型和享元没太大关系,可以算是享元对象的状态吧,需要从外部定义
 83          Weapen
 84  85             void Fire( jobName);
 86  87 
 88          89          AK47:Weapen
 90  91              jobName)
 92  93                 Console.WriteLine(jobName);
 94  95  96 
 97         该类型相当于是享元的工厂---相当于FlyweightFactory类型
 98          SoldierFactory
 99 100             static IList<Soldier> soldiers;
101 
102             static SoldierFactory()
103 104                 soldiers = new List<Soldier>();
105 106 
107             Soldier mySoldier = 108             因为我这里有两种士兵,所以在这里可以增加另外一个参数,士兵类型,原模式里面没有,
109             public Soldier GetSoldier( name,Weapen weapen,SoldierType soldierType)
110 111                 foreach (Soldier soldier in soldiers)
112 113                     if (string.Compare(soldier.Name,name,true) == 0114 115                         mySoldier = soldier;
116                         return mySoldier;
117 118 119                 我们这里就任务名称是唯一的
120                 if (soldierType == SoldierType.normal)
121 122                     mySoldier =  normalSoldier(name);
123 124                 125 126                     mySoldier =  WaterSoldier(name);
127 128                 mySoldier.WeapenInstance = weapen;
129 
130                 soldiers.Add(mySoldier);
131                 132 133 134     }


   这个模式很简单,就话不多说了。

三、享元模式的实现要点:
    
    面向对象很好地解决了抽象性的问题,但是作为一个运行在机器中的程序实体,我们需要考虑对象的代价问题。Flyweight设计模式主要解决面向对象的代价问题,一般不触及面向对象的抽象性问题。

    Flyweight采用对象共享的做法来降低系统中对象的个数,从而降低细粒度对象给系统带来的内存压力。在具体实现方面,要注意对象状态的处理。

 对象的数量太大从而导致对象内存开销加大——什么样的数量才算大?这需要我们仔细的根据具体应用情况进行评估,而不能凭空臆断。

    3.1】、享元模式的优点

      (1)、享元模式的优点在于它能够极大的减少系统中对象的个数。

      (2)、享元模式由于使用了外部状态,外部状态相对独立,不会影响到内部状态,所以享元模式使得享元对象能够在不同的环境被共享。

    3.2】、享元模式的缺点

      (1)、由于享元模式需要区分外部状态和内部状态,使得应用程序在某种程度上来说更加复杂化了。

      (2)、为了使对象可以共享,享元模式需要将享元对象的状态外部化,而读取外部状态使得运行时间变

    3.3】、在下面所有条件都满足时,可以考虑使用享元模式:

       (1)、一个系统中有大量的对象;

       (2)、这些对象耗费大量的内存;

       (3)、这些对象中的状态大部分都可以被外部化

       (4)、这些对象可以按照内部状态分成很多的组,当把外部对象从对象中剔除时,每一个组都可以仅用一个对象代替软件系统不依赖这些对象的身份,

        满足上面的条件的系统可以使用享元模式。但是使用享元模式需要额外维护一个记录子系统已有的所有享元的表,而这也需要耗费资源,所以,应当在有足够多的享元实例可共享时才值得使用享元模式。

四、.NET 中享元模式的实现

    .NET在C#中有一个Code Behind机制,它表面有一个aspx文件,背后又有一个cs文件,它的编译过程实际上会把aspx文件解析成C#文件,然后编译成dll,在这个过程中,我们在aspx中写的任何HTML代码都会转化为literal control,literal control是一个一般的文本控件,它就表示html标记。当这些标记有一样的时候,构建控件树的时候就会用到Flyweight模式.

  它的应用并不是那么平凡,只有在效率空间确实不高的时候我们才用它。

五、总结

    刚开始接触这个模式的时候,感觉这个模式不是特别难,在我们编码的过程中也有涉及,但是在学习的过程中也走了不少弯路,任何设计模式都有他特定的使用场景,小心误用。这个模式在业务系统中相对而言使用的并不多,在类似游戏场景中、字符处理等系统用的比较多。还是老话,通过迭代来使用模式,别为了模式而模式。今天就到这里,以后继续。

总结

以上是小编为你收集整理的C#设计模式之十一享元模式(Flyweight Pattern)【结构型】全部内容。

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C++设计模式编程之Flyweight享元模式结构详解

C++设计模式编程之Flyweight享元模式结构详解

由遇到的问题引出享元模式:

在面向对象系统的设计何实现中,创建对象是最为常见的操作。这里面就有一个问题:如果一个应用程序使用了太多的对象,就会造成很大的存储开销。特别是对于大量轻量级(细粒度)的对象,比如在文档编辑器的设计过程中,我们如果为没有字母创建一个对象的话,系统可能会因为大量的对象而造成存储开销的浪费。例如一个字母"a"在文档中出现了100000 次,而实际上我们可以让这一万个字母"a"共享一个对象,当然因为在不同的位置可能字母"a"有不同的显示效果(例如字体和大小等设置不同),在这种情况我们可以为将对象的状态分为"外部状态"和"内部状态",将可以被共享(不会变化)的状态作为内部状态存储在对象中,而外部对象(例如上面提到的字体、大小等)我们可以在适当的时候将外部对象最为参数传递给对象(例如在显示的时候,将字体、大小等信息传递给对象)。

作用:运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

内部状态intrinsic和外部状态extrinsic:

1)Flyweight模式中,最重要的是将对象分解成intrinsic和extrinsic两部分。

2)内部状态:在享元对象内部并且不会随环境改变而改变的共享部分,可以称为是享元对象的内部状态

3)外部状态:而随环境改变而改变的,取决于应用环境,或是实时数据,这些不可以共享的东西就是外部状态了。

4)内部状态和外部状态之间的区别:
  在Flyweight模式应用中,通常修改的是外部状态属性,而内部状态属性一般都是用于参考或计算时引用。
Flyweight执行时所需的状态必定是内部的或外部的。内部状态存储于ConcreteFlyweight对象之中;而外部状态则由Client对象存储或计算。当用户调用Flyweight对象的操作时,将该状态传递给它。

以文字处理软件为例:

  内部状态存储于flyweight中,它包含了独立于flyweight场景的信息,这些信息使得flyweight可以被共享。如字符代码,字符大小……

  外部状态取决于flyweight场景,并根据场景而变化,因此不可共享。用户对象负责在必要的时候将外部状态传递给flyweight,如字符位置,字符颜色……

UML图:

2016316105111376.png (656×489)

解析:
Flyweight:享元类的基类,定义一个接口,通过这个接口Flyweight可以接受并作用于外部状态。

ConcreteFlyweight:实现Flyweight接口, 并为内部状态( 如果有的话) 增加存储空间。ConcreteFlyweight对象必须是可共享的。它所存储的状态必须是内部的(intrinsic);即,它必须独立于ConcreteFlyweight对象的场景。

UnsharedConcreteFlyweight:并非所有的Flyweight子类都需要被共享。Flyweight接口使共享成为可能,但它并不强制共享。在Flyweight对象结构的某些层次,UnsharedConcreteFlyweight对象通常将ConcreteFlyweight对象作为子节点。

FlyweightFactory:

1) 创建并管理Flyweight对象。

2)确保合理地共享Flyweight。当用户请求一个Flyweight时,FlyweightFactory对象提供一个已创建的实例或者创建一个(如果不存在的话)

Client
1)维持一个对Flyweight的引用。

2)计算或存储一个(多个)Flyweight的外部状态。

分析:
   享元模式可以避免大量非常相似类的开销。在程序设计中,有时需要生成大量细粒度的类实例来表示数据。如果能发现这些实例数据除了几个参数外基本都是相同的。有时就能够大幅度地减少实例化的类的数量。如果能把那些参数移到类实例的外面,在方法调用时将它们传递进来,就可以通过共享大幅度地减少单个实例的数目。

  比如在文档编辑器的设计过程中,我们如果为没有字母创建一个对象的话,系统可能会因为大量的对象而造成存储开销的浪费。例如一个字母“a”在文档中出现了100000次,而实际上我们可以让这一万个字母“a”共享一个对象,当然因为在不同的位置可能字母“a”有不同的显示效果(例如字体和大小等设置不同),在这种情况我们可以为将对象的状态分为“外部状态”和“内部状态”,将可以被共享(不会变化)的状态作为内部状态存储在对象中,而外部对象(例如上面提到的字体、大小等)我们可以在适当的时候将外部对象最为参数传递给对象(例如在显示的时候,将字体、大小等信息传递给对象)。

  Flyweight的内部状态是用来共享的,Flyweightfactory负责维护一个Flyweight池(存放内部状态的对象),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.池为重复或可共享的对象、属性设置一个缓冲,称为内部状态。这些内部状态一般情况下都是不可修改的,也就是在第一个对象、属性被创建后,就不会去修改了(否则就没意义了)。

  Flyweight 对对象的内部状态进行共享,只为每种内部状态创建一个实例,对内部状态使用了单例模式。

  用户不应直接对ConcreteFlyweight类进行实例化,而只能从FlyweightFactory对象得到ConcreteFlyweight对象,这可以保证对它们适当地进行共享。

  存储节约由以下几个因素决定:
  1) 因为共享,实例总数减少的数目
  2) 对象内部状态的平均数目
  3) 外部状态是计算的还是存储的

实现要点
1)享元工厂维护一张享元实例表。

2)享元不可共享的状态需要在外部维护。即删除外部状态:该模式的可用性在很大程度上取决于是否容易识别外部状态并将它从共享对象中删除。

3)按照需求可以对享元角色进行抽象。

4)管理共享对象:引用计数和垃圾回收……

何时采用
1)如果一个应用程序使用了大量的对象,而大量的这些对象造成了很大的存储开销时就应该考虑使用;

2)还有就是对象的大多数状态可变为外部状态,如果删除对象的外部状态,那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象,此时可以考虑所使用享元模式。

3)系统中有大量耗费了大量内存的细粒度对象,并且对外界来说这些对没有任何差别的(或者说经过改造后可以是没有差别的)。

  在文档编辑器例子中如果一个字符对应一个对象,那么一篇文档所要容纳的对象将是非常的庞大耗费大量的内存。而实际组成文档的字符是有限的,是由这些字符不同的组合和排列得到的。所以需要共享,将基本的字符进行共享,将使得字符对象变得有限。

示例:
享元模式在编辑器系统中大量使用。一个文本编辑器往往会提供很多种字体,而通常的做法就是将每一个字母做成一个享元对象。享元对象的内蕴状态就是这个字母,而字母在文本中的位置和字模风格等其他信息则是外蕴状态。比如,字母a可能出现在文本的很多地方,虽然这些字母a的位置和字模风格不同,但是所有这些地方使用的都是同一个字母对象。这样一来,字母对象就可以在整个系统中共享。

// Flyweight pattern -- Real World example 


using System;
using System.Collections;

namespace DoFactory.GangOfFour.Flyweight.RealWorld
{

 // MainApp test application 

 class MainApp
 {
  static void Main()
  {
   // Build a document with text 
   string document = "AAZZBBZB";
   char[] chars = document.tochararray();

   CharacterFactory f = new CharacterFactory();

   // extrinsic state 
   int pointSize = 10;

   // For each character use a flyweight object 
   foreach (char c in chars)
   {
    pointSize++;
    Character character = f.GetCharacter(c);
    character.display(pointSize);
   }

   // Wait for user 
   Console.Read();
  }
 }

 // "FlyweightFactory" 

 class CharacterFactory
 {
  private Hashtable characters = new Hashtable();

  public Character GetCharacter(char key)
  {
   // Uses "lazy initialization" 
   Character character = characters[key] as Character;
   if (character == null)
   {
    switch (key)
    {
     case 'A': character = new Charactera(); break;
     case 'B': character = new CharacterB(); break;
      // 
     case 'Z': character = new CharacterZ(); break;
    }
    characters.Add(key,character);
   }
   return character;
  }
 }

 // "Flyweight" 

 abstract class Character
 {
  protected char symbol;
  protected int width;
  protected int height;
  protected int ascent;
  protected int descent;
  protected int pointSize;

  public abstract void display(int pointSize);
 }

 // "ConcreteFlyweight" 

 class Charactera : Character
 {
  // Constructor 
  public Charactera()
  {
   this.symbol = 'A';
   this.height = 100;
   this.width = 120;
   this.ascent = 70;
   this.descent = 0;
  }

  public override void display(int pointSize)
  {
   this.pointSize = pointSize;
   Console.WriteLine(this.symbol + 
    " (pointsize " + this.pointSize + ")");
  }
 }

 // "ConcreteFlyweight" 

 class CharacterB : Character
 {
  // Constructor 
  public CharacterB()
  {
   this.symbol = 'B';
   this.height = 100;
   this.width = 140;
   this.ascent = 72;
   this.descent = 0;
  }

  public override void display(int pointSize)
  {
   this.pointSize = pointSize;
   Console.WriteLine(this.symbol + 
    " (pointsize " + this.pointSize + ")");
  }

 }

 // C,D,E,etc. 

 // "ConcreteFlyweight" 

 class CharacterZ : Character
 {
  // Constructor 
  public CharacterZ()
  {
   this.symbol = 'Z';
   this.height = 100;
   this.width = 100;
   this.ascent = 68;
   this.descent = 0;
  }

  public override void display(int pointSize)
  {
   this.pointSize = pointSize;
   Console.WriteLine(this.symbol + 
    " (pointsize " + this.pointSize + ")");
  }
 }
}

Output:

2016316105157984.png (748×133)

享元模式的优点和缺点

享元模式的优点在于它大幅度地降低内存中对象的数量。但是,它做到这一点所付出的代价也是很高的:
享元模式使得系统更加复杂。为了使对象可以共享,需要将一些状态外部化,这使得程序的逻辑复杂化。
享元模式将享元对象的状态外部化,而读取外部状态使得运行时间稍微变长。

今天的关于享元Flyweight模式的分享已经结束,谢谢您的关注,如果想了解更多关于.Net结构型设计模式之享元模式(Flyweight)、13、结构型-享元模式(Flyweight)、C#设计模式之十一享元模式(Flyweight Pattern)【结构型】、C++设计模式编程之Flyweight享元模式结构详解的相关知识,请在本站进行查询。

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