设计模式---对象性能模式之享元模式(Flyweight)

时间:2023-03-09 05:01:18
设计模式---对象性能模式之享元模式(Flyweight)

一:概念

通过与其他类似对象共享数据来减少内存占用
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,我们如果为每个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 模式可以解决上面的问题,

二:动机

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事,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?

三:模式定义

运用共享技术有效地支持大量的细粒度对象                                        

                                               ——《设计模式》GoF

四:代码讲解

class Font {  //用来描述字体
private: //unique object key
string key; //object state
//.... public:
Font(const string& key){  //利用这个key来创建对象
//...
}
};
class FontFactory{
private:
map<string,Font* > fontPool;  //map映射key--对象指针 public:
Font* GetFont(const string& key){ map<string,Font*>::iterator item=fontPool.find(key); if(item!=footPool.end()){
return fontPool[key];  //若存在则共享
}
else{
Font* font = new Font(key);  //不存在则添加
fontPool[key]= font;
return font;
} } void clear(){
//...
}
};
实现是多种的,但是总体思想是一样的

五:类图(结构)

设计模式---对象性能模式之享元模式(Flyweight)

六:要点总结

(一)面向对象很好的解决了抽相性的问题,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主要解决面向的代价问题,一般不触及面向对象的抽象性问题。

(二)Flyweight采用对象共享的做法来降低系统中的对象的个数,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,要注意对像状态的处理。

注意:上面的Font对象一旦创建出来,状态就无法更改了,是只读的。共享最好就是只读的,不允许随便修改

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

字段,字节对齐,虚函数表指针(有10个虚函数,也只有一个虚函数表指针),总共加起来假设有10字段40字节
1024个对象:*=40kb
102400个对象::*=4000kb~4M
不能臆想,需要去评估,用于处理对象过多时使用享元模式

七:案例实现:享元模式存放教师信息

(一)教师类实现

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include "map"
#include "string" using namespace std; class Person
{
protected:
string name;
int age;
int sex;
public:
Person(string name, int age, int sex)
{
this->name = name;
this->age = age;
this->sex = sex;
} string getName()
{
return name;
} int getAge()
{
return age;
} int getSex()
{
return sex;
}
}; class Teacher :public Person
{
private:
string id;
public:
Teacher(string id, string name, int age, int sex) :Person(name, age, sex)
{
this->id = id;
} string getId()
{
return id;
} void printInfo()
{
cout << "id:" << id << "\tname:" << name << "\tage" << age << "\tsex:" << sex << endl;
}
};

(二)享元模式工厂

class TeacherFactory
{
private:
map<string, Teacher*> TeacherPool;
public:
Teacher* getTeacher(const string& key)
{
string name;
int age;
int sex;
Teacher* tmp; map<string, Teacher*>::iterator iter = TeacherPool.find(key);
if (iter == TeacherPool.end())
{ cout << "id为:" << key << "teacher is not exists,you need to add info for it" << endl;
cout << "please input teacher`s name:";
cin >> name;
cout << "please input teacher`s age:";
cin >> age;
cout << "please input teacher`s sex:";
cin >> sex; tmp = new Teacher(key, name, age, sex);
TeacherPool.insert(pair<string, Teacher*>(key, tmp));
}
else
tmp = iter->second;
return tmp;
}
};

(三)测试

void main()
{
TeacherFactory* teacherfactory = new TeacherFactory();
Teacher* t1 = teacherfactory->getTeacher("");
t1->printInfo(); Teacher* t2 = teacherfactory->getTeacher("");
t2->printInfo(); Teacher* t3 = teacherfactory->getTeacher("");
t3->printInfo(); system("pause");
return;
}

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