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java设计模式之flyweight(元类)


  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 {
  
    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.

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