设计模式之禅笔记——亨元模式

谢谢设计模式之禅的详细讲解，但是只提供了java代码实现，我想借学习设计模式打开c++的大门，所以就想到通过c++跟java两种语言来实现同一种设计模式，希望大家多提意见，共同学习。

由于能力有限，我只能转载师傅们的博客，在这里只是学习探讨只用，请谅解！

一、引言

1、

java中String类型的对象一旦被创造就不可改变，当两个String对象所包含的内容相同的时候，JVM只创建一个String对象对应这两个不同的对象引用。

public class TestPattern {       public static void main(String[] args){              String n = "I Love Java";              String m = "I Love Java";                          System.out.println(n==m);       }}

这段代码会告诉你n==m是true，这就说明了在JVM中n和m两个引用了同一个String对象。
在系统输出之前加入一行代码“m = m + "hehe";”，这时候n==m结果为false，为什么刚才两个还是引用相同的对象，现在就不是了呢？原因就是在执行后添加语句时，m指向了一个新创建的String对象，而不是修改引用的对象。
String类型的设计避免了在创建N多的String对象时产生的不必要的资源损耗，可以说是享元模式应用的范例。

2、

 在面向对象的程序设计语言看来，一切事务都被描述成对象（Object）。
 对象拥有状态（属性）和行为（方法），我们将具有相同行为的对象抽象为类（Class），
 类可以被看作只保留行为的对象模板，类可以在运行时被重新赋予状态数据从而形成了对象。
 在运行时，对象占用一定的内存空间用来存储状态数据。如果不作特殊的处理，
 尽管是由同一个类生成的两个对象，而且这两个对象的的状态数据完 全相同，
 但在内存中还是会占用两份空间，这样的情况对于程序的功能也许并没有影响，
 但如果把状态相同的同一类对象在内存中进行合并，必然会大大减少存储空 间的浪费。
 
 举一个现实中的例子，某淘宝店经营一款畅销女式皮鞋，每天需要处理大量的订单信息，
 在订单中需要注明客户购买的皮鞋信息，我们将皮鞋产品抽象出来：

class Shoe{String color;//颜色int size;//尺寸String position;//库存位置public String getColor() {return color;}public void setColor(String color) {this.color = color;}public int getSize() {return size;}public void setSize(int size) {this.size = size;}public String getPosition() {return position;}public void setPosition(String position) {this.position = position;}}

正如上面的代码所描述，皮鞋分为颜色、尺寸和库存位置三项状态数据。
   其中颜色和尺寸为皮鞋的自然状态，我们称之为对象内部状态，这些状态数据只与对象本身 有关，
   不随外界环境的改变而发生变化。再来看库存位置，我们将这个状态称为对象的外部状态，
   外部状态与对象本身无必然关系，外部状态总是因为外界环境的改 变而变化，
   也就是说外部状态是由外界环境来决定的。在本例中，皮鞋今天放在A仓库，明天可能放在B仓库，
   但无论存放在哪个仓库，同一只皮鞋就是同一只皮 鞋，它的颜色和尺寸不会随着存放位置的不同而发生变化。
      享元模式的核心思想就是将内部状态相同的对象在存储时进行缓存。也就是说同一颜色同一尺寸的皮鞋，
 我们在内存中只保留一份实例，在访问对象时，我们访问的其实是对象缓存的版本，而不是每次都重新生成对象。
      享元模式仍然允许对象具有外部属性，由于我们访问的始终是对象缓存的版本，所以我们在使用对象前，
 必须将外部状态重新注入对象。由于享元模式禁止生成新的对象，所以在使用享元模式时，通常伴随着工厂方法的应用。我们来看下面的例子：

class ShoeFactory {Collection<Shoe> shoes = new ArrayList<Shoe>();Shoe getSheo(String color, int size, String position) {//首先在缓存中查找对象for (Shoe shoe : shoes) {if (shoe.getColor() == color && shoe.getSize() == size) {//在缓存中命中对象后还原对象的外部属性shoe.setPosition(position);return shoe;}}//如果缓存未命中则新建对象并加入缓存Shoe shoe = new Shoe();shoe.setColor(color);shoe.setSize(size);shoe.setPosition(position);shoes.add(shoe);return shoe;}}

  在面向对象的程序设计语言看来，一切事务都被描述成对象（Object）。
 对象拥有状态（属性）和行为（方法），我们将具有相同行为的对象抽象为类（Class），
 类可以被看作只保留行为的对象模板，类可以在运行时被重新赋予状态数据从而形成了对象。
 在运行时，对象占用一定的内存空间用来存储状态数据。如果不作特殊的处理，
 尽管是由同一个类生成的两个对象，而且这两个对象的的状态数据完 全相同，
 但在内存中还是会占用两份空间，这样的情况对于程序的功能也许并没有影响，
 但如果把状态相同的同一类对象在内存中进行合并，必然会大大减少存储空 间的浪费。
 
  举一个现实中的例子，某淘宝店经营一款畅销女式皮鞋，每天需要处理大量的订单信息，
 在订单中需要注明客户购买的皮鞋信息，我们将皮鞋产品抽象出来：
 通过ShoeFactory工厂，我们每次拿到的皮鞋都是缓存的版本，如果缓存中没有我们需要的对象，
 则新创建对象然后加入缓存中。注意上例中对象的外部属性position是如何注回对象的。
 当我们在自己的业务场景中应用享元模式时，一定要注意分清对象的内部状态和外部状态，

享元模式强调缓存的版本只能包含对象的内部状态。

二、定义
采用一个共享来避免大量拥有相同内容对象的开销。
这种开销中最常见、直观的就是内存的损耗。享元模式以共享的方式高效的支持大量的细粒度对象。
在名字和定义中都体现出了共享这一个核心概念，
那么怎么来实现共享呢？要知道每个事物都是不同的，但是又有一定的共性，
如果只有完全相同的事物才能共享，那么享元模式可以说就是不可行的；因此我们应该尽量将事物的共性共享，
而又保留它的个性。为了做到这点，享元模式中区分了内蕴状态和外蕴状态。内蕴状态就是共性，外蕴状态就是个性了。
注：共享的对象必须是不可变的，不然一变则全变（如果有这种需求除外)
内蕴状态存 储在享元内部，不会随环境的改变而有所不同，是可以共享的；外蕴状态是不可以共享的，
它随环境的改变而改变的，因此外蕴状态是由客户端来保持（因为环境的 变化是由客户端引起的）。
在每个具体的环境下，客户端将外蕴状态传递给享元，从而创建不同的对象出来。

三、举例

1、

java通用类图：

c++通用类图：

Flyweight 模式中有一个类似 Factory 模式的对象构造工厂FlyweightFactory，

当客户程序员（Client）需要一个对象时候就会向 FlyweightFactory 发出请求对象的消息 GetFlyweight（）消息，

FlyweightFactory 拥有一个管理、存储对象的“仓库” （或者叫对象池，vector 实现） ，

GetFlyweight（）消息会遍历对象池中的对象，如果已经存在则直接返回给 Client，

否则创建一个新的对象返回给 Client。

2、

（1）

java来实现：

package test_java_Flyweight;public abstract class Order {public abstract void sell();}

package test_java_Flyweight;public class FlavorOrder extends Order{public String flavor;public FlavorOrder(String flavor){this.flavor = flavor;}@Overridepublic void sell() {// TODO Auto-generated method stubSystem.out.println("卖出一份" + flavor + "的咖啡。");}}

package test_java_Flyweight;import java.util.HashMap;import java.util.Map;public class FlavorFactory {private Map<String, Order> flavorPool =new HashMap<String, Order>();private static FlavorFactory flavorFactory =new FlavorFactory();private FlavorFactory(){}public static FlavorFactory getInstance(){return flavorFactory;}public Order getOrder(String flavor){Order order = null;// 如果此映射包含指定键的映射关系，则返回 trueif(flavorPool.containsKey(flavor)){order = flavorPool.get(flavor);}else{order = new FlavorOrder(flavor);flavorPool.put(flavor, order);}return order;}public int getTotalFlavorsMade(){return flavorPool.size();}}

package test_java_Flyweight;import java.util.ArrayList;import java.util.List;public class Client {private static List<Order> orders = new ArrayList<Order>();private static FlavorFactory flavorFactory;private static void takeOrders(String flavor){orders.add(flavorFactory.getOrder(flavor));}public static void main(String[] args){flavorFactory = FlavorFactory.getInstance();// 增加订单   takeOrders("摩卡");   takeOrders("卡布奇诺");   takeOrders("香草星冰乐");   takeOrders("香草星冰乐");   takeOrders("拿铁");   takeOrders("卡布奇诺");   takeOrders("拿铁");   takeOrders("卡布奇诺");   takeOrders("摩卡");   takeOrders("香草星冰乐");   takeOrders("卡布奇诺");   takeOrders("摩卡");   takeOrders("香草星冰乐");   takeOrders("拿铁");   takeOrders("拿铁");   // 卖咖啡   for(Order order : orders){   order.sell();   }      System.out.println("\n客户一共买了" +  orders.size() + "杯咖啡！");   System.out.println("共生成了" + flavorFactory.getTotalFlavorsMade() + "个FlavorOrder java对象");}}

（2）

c++来实现：

// Flyweight.h#ifndef _FLYWEIGHT_H_#define _FLYWEIGHT_H_#include <string>using namespace std;class Flyweight{public:virtual ~Flyweight();virtual void Operation(const string& extrinsicState);string GetIntrinsicState();protected:Flyweight(string intrinsicState);private:string _intrinsicState;};class ConcreteFlyweight:public Flyweight{public:ConcreteFlyweight(string intrinsicState);~ConcreteFlyweight();void Operation(const string& extrinsicState);protected:private:};#endif // ~_FLYWEIGHT_H_

// Flyweight.cpp#include "Flyweight.h"#include <iostream>using namespace std;Flyweight::Flyweight(string intrinsicState){this->_intrinsicState = intrinsicState;}Flyweight::~Flyweight(){}void Flyweight::Operation(const string& extrinsicState){}string Flyweight::GetIntrinsicState(){return this->_intrinsicState;}ConcreteFlyweight::ConcreteFlyweight(string intrinsicState):Flyweight(intrinsicState){cout << "ConcreteFlyweight Build...." << intrinsicState << endl;}ConcreteFlyweight::~ConcreteFlyweight(){}void ConcreteFlyweight::Operation(const string& extrinsicState){cout << "ConcreteFlyweight:" << endl;}

//FlyweightFactory.h#ifndef _FLYWEIGHTFACTORY_H_#define _FLYWEIGHTFACTORY_H_#include"Flyweight.h"#include<string>#include<vector>using namespace std;class FlyweightFactory{public:FlyweightFactory();~FlyweightFactory();Flyweight* GetFlyweight(const string& key);protected:private:vector<Flyweight*> _fly;};#endif

//FlyweightFactory.cpp#include "FlyweightFactory.h"#include<iostream>#include<string>#include<cassert>using namespace std;FlyweightFactory::FlyweightFactory(){}FlyweightFactory::~FlyweightFactory(){}Flyweight* FlyweightFactory::GetFlyweight(const string& key){vector<Flyweight*>::iterator it = _fly.begin();for(; it != _fly.end(); it++){if((*it)->GetIntrinsicState() == key){cout << "already create by users.... " << endl;return *it;}}Flyweight* fn = new ConcreteFlyweight(key);_fly.push_back(fn);return fn;}

测试代码：

// main.cpp#include"Flyweight.h"#include"FlyweightFactory.h"#include<iostream>using namespace std;int main(int argc, char* argv[]){FlyweightFactory* fc  = new FlyweightFactory();Flyweight* fw1 = fc->GetFlyweight("hello");Flyweight* fw2 = fc->GetFlyweight("world");Flyweight* fw3 = fc->GetFlyweight("hello");return 0;}

代码说明：

Flyweight 模式在实现过程中主要是要为共享对象提供一个存放的“仓库” （对象池） ， 
这里是通过 C++ STL中Vector容器，当然就牵涉到 STL 编程的一些问题（Iterator使用等） 。
另外应该注意的就是对对象“仓库” （对象池）的管理策略（查找、插入等） ，这里是通过直
接的顺序遍历实现的。

（3）

Android SDK源码之亨元模式：

Android中SQLiteCompiledSql的使用，其实是很多数据库系统典型的实现。从应用启动，通过各种数据库操作，我们不知道进行了多少次的查询操作，而这些操作中又有相当一部分sql语句是相同的，这些编译后的sql编译对象其实是一样的，是可以共用共享的，其实就是缓存。SQLiteCompiledSql就是这样的一个需要共享的享元对象。

享元对象类SQLiteCompiledSql，主要是内部状态sql语句：

class SQLiteCompiledSql {    private String mSqlStmt = null;    native_compile(sql);     native_finalize();}

享元工厂类：

public class SQLiteDatabase{     Map<String, SQLiteCompiledSql> mCompiledQueries = Maps.newHashMap();     SQLiteCompiledSql getCompiledStatementForSql(String sql) {        SQLiteCompiledSql compiledStatement = null;        boolean cacheHit;        synchronized(mCompiledQueries) {            if (mMaxSqlCacheSize == 0) {                return null;            }            cacheHit = (compiledStatement = mCompiledQueries.get(sql)) != null;        }        if (cacheHit) {            mNumCacheHits++;        } else {            mNumCacheMisses++;        }        return compiledStatement;    }     private void deallocCachedSqlStatements() {        synchronized (mCompiledQueries) {            for (SQLiteCompiledSql compiledSql : mCompiledQueries.values()) {                compiledSql.releaseSqlStatement();            }            mCompiledQueries.clear();        }    }     void addToCompiledQueries(String sql, SQLiteCompiledSql compiledStatement) {         //省略具体代码    }}

参考文档：

http://www.blogjava.net/qileilove/archive/2012/12/14/393015.html