設計模式之Flyweight(享元)

板橋里人 http://www.jdon.com 2002/05/02
Flyweight 定義:
避免大量擁有相同內容的小類的開銷(如耗費內存),使大家共享一個類(元類).
爲什麼使用?
面嚮對象語言的原則就是一切都是對象,但是如果真正使用起來,有時對象數可能顯得很龐
大,比如,字處理軟件,如果以每個文字都作爲一個對象,幾千個字,對象數就是幾千,無疑耗
費內存,那麼我們還是要"求同存異",找出這些對象羣的共同點,設計一個元類,封裝可以被
共享的類,另外,還有一些特性是取決於應用(context),是不可共享的,這也Flyweight 中兩
個重要概念內部狀態intrinsic 和外部狀態extrinsic 之分.
說白點,就是先捏一個的原始模型,然後隨着不同場合和環境,再產生各具特徵的具體模型,
很顯然,在這裏需要產生不同的新對象,所以Flyweight 模式中常出現Factory 模
式.Flyweight 的內部狀態是用來共享的,Flyweight factory 負責維護一個Flyweight
pool(模式池)來存放內部狀態的對象.
Flyweight 模式是一個提高程序效率和性能的模式,會大大加快程序的運行速度.應用場合
很多:比如你要從一個數據庫中讀取一系列字符串,這些字符串中有許多是重複的,那麼我們
可以將這些字符串儲存在Flyweight 池(pool)中.
如何使用?
我們先從Flyweight 抽象接口開始:
public interface Flyweight
{
public void operation( ExtrinsicState state );
}
//用於本模式的抽象數據類型(自行設計)
public interface ExtrinsicState { }
下面是接口的具體實現(ConcreteFlyweight) ,併爲內部狀態增加內存空間,
ConcreteFlyweight 必須是可共享的,它保存的任何狀態都必須是內部(intrinsic),也就是
說,ConcreteFlyweight 必須和它的應用環境場合無關.
public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
private IntrinsicState state;
public void operation( ExtrinsicState state )

{
//具體操作
}
}
當然,並不是所有的Flyweight 具體實現子類都需要被共享的,所以還有另外一種不共享的
ConcreteFlyweight:
public class UnsharedConcreteFlyweight implements Flyweight {
public void operation( ExtrinsicState state ) { }
}
Flyweight factory 負責維護一個Flyweight 池(存放內部狀態),當客戶端請求一個共享
Flyweight 時,這個factory 首先搜索池中是否已經有可適用的,如果有,factory 只是簡單返
回送出這個對象,否則,創建一個新的對象,加入到池中,再返回送出這個對象.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 ) {
//產生新的ConcreteFlyweight
flyweight = new ConcreteFlyweight();
flyweights.put( key, flyweight );
}
return flyweight;
}
}
至此,Flyweight 模式的基本框架已經就緒,我們看看如何調用:
FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
Flyweight fly1 = factory.getFlyweight( "Fred" );
Flyweight fly2 = factory.getFlyweight( "Wilma" );
......

從調用上看,好象是個純粹的Factory 使用,但奧妙就在於Factory 的內部設計上.
Flyweight 模式在XML 等數據源中應用
我們上面已經提到,當大量從數據源中讀取字符串,其中肯定有重複的,那麼我們使用
Flyweight 模式可以提高效率,以唱片CD 爲例,在一個XML 文件中,存放了多個CD 的資料.
每個CD 有三個字段:
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複,也就是說,可能有同一個演唱者的多個不同時期 不同曲目的
CD.我們將"歌唱者姓名"作爲可共享的ConcreteFlyweight.其他兩個字段作爲
UnsharedConcreteFlyweight.
首先看看數據源XML 文件的內容:

<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

.......


雖然上面舉例CD 只有3 張,CD 可看成是大量重複的小類,因爲其中成分只有三個字段,而且
有重複的(歌唱者姓名).
CD 就是類似上面接口 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;}
}
將"歌唱者姓名"作爲可共享的ConcreteFlyweight:
public class Artist {
//內部狀態
private String name;
// note that Artist is immutable.
String getName(){return name;}
Artist(String n){
name = n;
}
}
再看看Flyweight factory,專門用來製造上面的可共享的ConcreteFlyweight:Artist
public class ArtistFactory {

Hashtable pool = new Hashtable();
Artist getArtist(String key){
Artist result;
result = (Artist)pool.get(key);
////產生新的Artist
if(result == null) {
result = new Artist(key);
pool.put(key,result);
}
return result;
}
}
當你有幾千張甚至更多CD 時,Flyweight 模式將節省更多空間,共享的flyweight 越多,空間
節省也就越大.