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Java模式研究袖珍版之Flyweight模式

2006-09-21

 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

 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:

  程序代码:
 
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.

  程序代码:

 
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:

  程序代码:

 
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

  程序代码:


 
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:

  程序代码:

 
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:

  程序代码:
<?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:

  程序代码:

 
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:

  程序代码:

 
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

  程序代码:

 
public class ArtistFactory {
  Hashtable pool = new Hashtable();
  Artist getArtist(String key){
    Artist result;
    result = (Artist)pool.get(key);
    ////产生新的Artist
    if(result == null) {
      result = new Artist(key);
  
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