結(jié)構(gòu)模式-享元模式(The Flyweight Pattern)

本文大部分內(nèi)容翻譯至《Pro Design Pattern In Swift》By Adam Freeman,一些地方做了些許修改殷绍,并將代碼升級到了Swift2.0,翻譯不當之處望多包涵呆馁。

享元模式(The Flyweight Pattern)

使用共享物件桐经,用來盡可能減少內(nèi)存使用量以及分享資訊給盡可能多的相似物件;它適合用于只是因重復(fù)而導(dǎo)致使用無法令人接受的大量內(nèi)存的大量物件浙滤。通常物件中的部分狀態(tài)是可以分享阴挣。常見做法是把它們放在外部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),當需要使用時再將它們傳遞給享元纺腊。


示例工程

Xcode OS X Command Line Tool工程:

Spreadsheet.swift

func == (lhs: Coordinate, rhs: Coordinate) -> Bool {
    return lhs.col == rhs.col && lhs.row == rhs.row
}

class Coordinate : Hashable, CustomStringConvertible {
    let col:Character
    let row:Int
        
    init(col:Character, row:Int) {
        self.col = col
        self.row = row
    }
        
    var hashValue: Int {
        return description.hashValue
    }
        
    var description: String {
        return "\(col)(\row)"
    }
}

class Cell {
    var coordinate:Coordinate
    var value:Int
            
    init(col:Character, row:Int, val:Int) {
        self.coordinate = Coordinate(col: col, row: row)
        self.value = val
    }
}

class Spreadsheet {
    var grid = Dictionary<Coordinate, Cell>()
    init() {
        let letters:String = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
        var stringIndex = letters.startIndex
        let rows = 50
            
        repeat {
            let colLetter = letters[stringIndex]
            stringIndex = stringIndex.successor()
            for rowIndex in 1 ... rows {
                let cell = Cell(col: colLetter, row: rowIndex, val: rowIndex)
                grid[cell.coordinate] = cell
            }
        } while (stringIndex != letters.endIndex)
    }
            
    func setValue(coord: Coordinate, value:Int) {
        grid[coord]?.value = value
    }
            
    var total:Int {
        return grid.values.reduce(0){
           total,cell -> Int in
             return total + cell.value
        }
    }
}

Spreadsheet 類有一個鍵是Coordinate 對象畔咧,值是Cell對象的字典屬性。Coordinate類有column和row 屬性揖膜,例如A45就是指列是A誓沸,行是45的單元格。Cell對象用來在指定的單元格存儲一個Int值壹粟,同時它也有該單元格的Coordinate值拜隧。Spreadsheet 類的初始化方法創(chuàng)建了一個列數(shù)26行數(shù)50的網(wǎng)格,并且將每個單元格的值設(shè)置成了所在行的值。 setValue方法用來改變指定位置單元格的值洪添。

Tip:全局方法==用來比較兩個Coordinate對象是否相等垦页。


理解享元模式解決的問題

享元模式定位的問題是創(chuàng)建大量完全相同的對象所帶來的影響,也就是大量的內(nèi)存消耗和時間消耗薇组。示例中Spreadsheet類網(wǎng)格中的每一個單元格創(chuàng)建了Cell 和 Coordinate對象外臂,這就意味著Spreadsheet類相對的創(chuàng)建了大量的對象坐儿。

main.swift

let ss1 = Spreadsheet()
ss1.setValue(Coordinate(col: "A", row: 1), value: 100)
ss1.setValue(Coordinate(col: "J", row: 20), value: 200)
print("SS1 Total: \(ss1.total)")

let ss2 = Spreadsheet()
ss2.setValue(Coordinate(col: "F", row: 10), value: 200)
ss2.setValue(Coordinate(col: "G", row: 23), value: 250)
print("SS2 Total: \(ss2.total)")
print("Cells created: \(ss1.grid.count + ss2.grid.count)")

運行程序律胀,輸出以下內(nèi)容:

SS1 Total: 33429
SS2 Total: 33567
Cells created: 2600

理解享元模式

2600個Cell對象每一個的創(chuàng)建都會消耗內(nèi)存和時間。享元模式通過識別和分離普通相似的數(shù)據(jù)并且分享它們貌矿,意味著實際上只有一個用于分享的對象被創(chuàng)建了炭菌。



享元模式用享元對象來管理組件請求的數(shù)據(jù)對象。享元對象將數(shù)據(jù)對象分為非固有的和固有的逛漫。非固有的數(shù)據(jù)對于請求組件來說是共同的黑低,固有數(shù)據(jù)是獨特的。

享元模式通過分享非固有的數(shù)據(jù)來最小化消耗酌毡。因為請求組件都分享同一個數(shù)據(jù)集合克握,所以非固有的數(shù)據(jù)顯然是不可變的。

固有的數(shù)據(jù)不能分享枷踏,所以享元模式的效果取決于非固有數(shù)據(jù)對象和固有數(shù)據(jù)對象的比例菩暗。


實現(xiàn)享元模式

創(chuàng)建享元協(xié)議

享元模式并非一定需要創(chuàng)建協(xié)議,只是協(xié)議可以讓我們注意到暴露給請求組件的的數(shù)據(jù)旭蠕,因為我們必須在協(xié)議里面明確的定義屬性和方法停团。

Flyweight.swift

import Foundation

protocol Flyweight {
    subscript(index:Coordinate) -> Int? { get set }
    var total:Int { get }
    var count:Int { get }
}

Spreadsheet類中的數(shù)據(jù)對象存儲在字典中,這一點也反映在了享元協(xié)議里掏熬。這里我們定義的下標(subscript)允許用Coordinate 作為鍵來設(shè)置和獲取值佑稠,并且count屬性用來返回固有數(shù)據(jù)對象的個數(shù)。

創(chuàng)建享元實現(xiàn)類

Flyweight.swift

import Foundation

protocol Flyweight {
    subscript(index:Coordinate) -> Int? { get set }
    var total:Int { get }
    var count:Int { get }
}

class FlyweightImplementation : Flyweight  {
    private let extrinsicData:[Coordinate: Cell]
    private var intrinsicData:[Coordinate: Cell]
    
    private init(extrinsic:[Coordinate: Cell]) {
        self.extrinsicData = extrinsic
        self.intrinsicData = Dictionary<Coordinate, Cell>()
    }
    
    subscript(key:Coordinate) -> Int? {
        get {
            if let cell = intrinsicData[key] {
                return cell.value;
            } else {
                return extrinsicData[key]?.value
            }
        }
        
        set (value) {
            if (value != nil) {
                intrinsicData[key] = Cell(col: key.col,
                    row: key.row, val: value!)
            }
        }
    }
    
    var total:Int {
        return extrinsicData.values.reduce(0){
           total,cell -> Int in
                if let intrinsicCell = self.intrinsicData[cell.coordinate] {
                    return total + intrinsicCell.value;
                } else {
                    return total + cell.value
                }
        }
    }
        
    var count:Int {
        return intrinsicData.count
    }
}

Tip:注意到享元類沒有修改非固有的數(shù)據(jù)(extrinsicData)或者允許請求組件修改它旗芬,因為非固有數(shù)據(jù)是共享的舌胶。

并發(fā)訪問保護

Flyweight.swift

import Foundation

protocol Flyweight {
    subscript(index:Coordinate) -> Int? { get set }
    var total:Int { get }
    var count:Int { get }
}

extension Dictionary {
    
    init(setupFunc:(() -> [(Key, Value)])) {
        self.init()
        for item in setupFunc() {
            self[item.0] = item.1
        }
    }
}

class FlyweightFactory {
    class func createFlyweight() -> Flyweight {
        return FlyweightImplementation(extrinsic: extrinsicData)
    }
    
    private class var extrinsicData:[Coordinate: Cell] {
        get {
            struct singletonWrapper {
                static let singletonData = Dictionary<Coordinate, Cell> (
                    setupFunc: {() in
                    var results = [(Coordinate, Cell)]()
                    let letters:String = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
                    var stringIndex = letters.startIndex
                    let rows = 50
        
                    repeat {
                        let colLetter = letters[stringIndex]
                        stringIndex = stringIndex.successor()
            
                        for rowIndex in 1 ... rows {
                            let cell = Cell(col: colLetter, row: rowIndex,
                                val: rowIndex)
                            results.append((cell.coordinate, cell))
                        }
                    } while (stringIndex != letters.endIndex)
                    return results
                })
            }
            return singletonWrapper.singletonData
        }
    }
}

class FlyweightImplementation : Flyweight  {
    private let extrinsicData:[Coordinate: Cell]
    private var intrinsicData:[Coordinate: Cell]
    private let queue:dispatch_queue_t
    
    private init(extrinsic:[Coordinate: Cell]) {
        self.extrinsicData = extrinsic
        self.intrinsicData = Dictionary<Coordinate, Cell>()
        self.queue = dispatch_queue_create("dataQ", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT)
    }
    
    subscript(key:Coordinate) -> Int? {
        get {
            var result:Int?
            dispatch_sync(self.queue){[weak self] in
                if let cell = self!.intrinsicData[key]{
                    result = cell.value
                }else{
                    result = self!.extrinsicData[key]?.value
                }
                
            }
            return result
        }
        
        set (value) {
            if (value != nil) {
                dispatch_barrier_sync(self.queue){[weak self] in
                    self!.intrinsicData[key] = Cell(col: key.col,
                    row: key.row, val: value!)
                }
            }
        }
    }
    
    var total:Int {
        var result = 0
        dispatch_sync(self.queue){ [weak self] in
            result = self!.extrinsicData.values.reduce(0){ total,cell -> Int in
                if let intrinsicCell = self!.intrinsicData[cell.coordinate] {
                    return total + intrinsicCell.value
                } else {
                    return total + cell.value
                }
            }
        }
        
        return result
    }
        
    var count:Int {
        var result = 0
        dispatch_sync(self.queue){ [weak self] in
            result = self!.intrinsicData.count
        }
        return result
    }
}

接著修改Spreadsheet類:

Spreadsheet.swift

func == (lhs: Coordinate, rhs: Coordinate) -> Bool {
    return lhs.col == rhs.col && lhs.row == rhs.row
}

class Coordinate : Hashable, CustomStringConvertible {
    let col:Character
    let row:Int
        
    init(col:Character, row:Int) {
        self.col = col
        self.row = row
    }
        
    var hashValue: Int {
        return description.hashValue
    }
        
    var description: String {
        return "\(col)(\row)"
    }
}

class Cell {
    var coordinate:Coordinate
    var value:Int
            
    init(col:Character, row:Int, val:Int) {
        self.coordinate = Coordinate(col: col, row: row)
        self.value = val
    }
}

class Spreadsheet {
    var grid:Flyweight
    
    init() {
        grid = FlyweightFactory.createFlyweight()
    }
    
    func setValue(coord: Coordinate, value:Int) {
        grid[coord] = value
    }
    
    var total:Int {
        return grid.total
    }
}

最后我們再次運行,得到下面結(jié)果:

SS1 Total: 33429
SS2 Total: 33567
Cells created: 1304

Cocoa中的享元模式

看下面代碼:

import Foundation
let num1 = NSNumber(int: 10)
let num2 = NSNumber(int: 10)
print("Comparison: \(num1 == num2)")
print("Identity:   \(num1 === num2)")

運行結(jié)果:

Comparison: true
Identity:   true
最后編輯于
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
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