设计模式之Flyweight(享元)

板桥里人 http://www.jdon.com 2002/05/02
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:
<!---->
<collection></collection>
<cd></cd>

<year></year>1978
<artist></artist>Eno, Brian

<cd></cd>

<year></year>1950
<artist></artist>Holiday, Billie

<cd></cd>

<year></year>1977
<artist></artist>Eno, Brian

.......


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 {

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);
pool.put(key,result);
}
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.