学以致用设计模式之 “享元模式”

开场白

之前写“桥接模式”的时候，说“桥接模式”是最抽象的设计模式，那是因为我没接触到“享元模式”。可能桥接模式是最抽象的设计模式，但是享元模式我觉得是最烦的设计模式了。

因为这个模式和==“池技术”有着密不可分==的联系。

享元模式与池技术

说到享元模式，第一个想到的应该就是池技术了，String常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用，所以说享元模式是池技术的重要实现方式。

面向对象技术可以很好地解决一些灵活性或可扩展性问题，但在很多情况下需要在系统中增加类和对象的个数。当对象数量太多时，将导致运行代价过高，带来性能下降等问题。享元模式正是为解决这一类问题而诞生的。享元模式通过共享技术实现相同或相似对象的重用。

享元模式定义与结构

享元模式(Flyweight Pattern)：运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。系统只使用少量的对象，而这些对象都很相似，状态变化很小，可以实现对象的多次复用。由于享元模式要求能够共享的对象必须是细粒度对象，因此它又称为轻量级模式，它是一种对象结构型模式。

线程池

心里没底，还是先来个线程池压压惊吧。

//pthreadpool.h

#pragma once

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <list>	//据说list不安全，不安全就不安全吧，更不安全的都忍了
#include "Cond.h"	//封装过的条件变量类，继承自封装的mutex锁类，所以具有锁和条件变量的双重属性

using namespace std;

class Task	//任务接口，每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行
{
public:
    Task() {}
    virtual ~Task() {}
    virtual int run() = 0; //留给子类实现
};

typedef list<Task*> list_task; //任务队列，用于暂存等待处理的任务，等待线程唤醒时处理，提供一种缓冲机制。

class Pthread_Pool	//线程池类
{
public:
    Pthread_Pool(unsigned int max = 100, unsigned int min = 10, unsigned int wait = 60);
    ~Pthread_Pool();
    void addTask(Task* task);	// 往任务队列中添加新线程

private:
    static void* taskThread(void* arg);// 工作线程
    void createThread();		// 新建一个线程
    void destroyThread();		// 销毁一个线程池

    unsigned int maxcount;		// 最大线程数
    unsigned int mincount; 		// 最小线程数
    unsigned int count;	 		// 当前线程池中线程数
    unsigned int waitcount; 	// 等待线程数
    unsigned int waitsec;		// 等待时间
    list_task	 taskList;      //任务队列
    Cond taskCond;    //任务锁，线程接任务时使用
    Cond cond;        //线程锁，创建线程时使用
    bool Stop;                  //线程池是否被允许运作，初始化线程池对象时置0，线程池销毁时置为1
};

//pthreadpool.cpp

#include "Pthread_Pool.h"

//开放接口1
Pthread_Pool::Pthread_Pool(unsigned int max, unsigned int min, unsigned int wait)
{
    //配置基本参数
    count = 0;		//当前线程池为空
    waitcount = 0;  //没有等待线程
    mincount = min;	//核心线程数（出厂配置）
    maxcount = max;	//最大线程数（能承受的最高配置）
    waitsec = wait;	//线程保活时长（过了时长还没接到任务，那就裁掉）
    Stop = false;	//允许运作

    //上锁，创建一定数量的线程作为初始线程池
    cond.lock();
    for (unsigned i = 0; i < mincount; i++)
    {
        createThread();	//跳转到这个函数的实现->->->->->
    }
    cond.unlock();
}

Pthread_Pool::~Pthread_Pool()
{
    destroyThread();	//销毁线程池
}

void Pthread_Pool::createThread()
{
    pthread_t tid;
    int ret = pthread_create(&tid, NULL, taskThread, (void*)this);
    //以执行taskThread()为目的创建线程，跳转到taskThread()函数的实现 ->->->->->

    if (ret < 0)
        perror("pthread create error");
    else
        count++;
}

// 工作线程
void* Pthread_Pool::taskThread(void* arg)
{
    pthread_detach(pthread_self()); //设置线程自分离属性
    Pthread_Pool* pool = (Pthread_Pool*)arg;
    while (1)
    {
        pool->cond.lock();

        //如果没有工作线程在等待
        if (pool->taskList.empty())
        {
            if (pool->Stop)	//当收到线程池停止运行的消息时
            {
                pool->count--;	//线程数减一
                pool->cond.unlock();
                pthread_exit(NULL); //本线程强制退出
            }

            pool->waitcount++;	//等待任务的线程数加一
            bool bSignal = pool->cond.timewait(pool->waitsec); //新任务等待被唤醒
            pool->waitcount--;	//没等到，没事干，喝西北风了

            // 删除无用线程
            if (!bSignal && pool->count > pool->mincount)	//如果没事干 && 有多余线程
            {
                pool->count--;	//先裁员一个，不要一次做绝了，反正是在while循环里面，没事干裁员机会多得是
                pool->cond.unlock();
                pthread_exit(NULL);
            }
        }
        pool->cond.unlock();	//记得要释放锁

//如果有工作线程在等待
        if (!pool->taskList.empty())
        {
            pool->taskCond.lock();	//上任务锁
            Task* t = pool->taskList.front(); 	//获取任务队列中最前端的任务并执行
            pool->taskList.pop_front(); //移除被领取的任务
            pool->taskCond.unlock();//记得解锁

            t->run(); //任务开始
            delete t; //弄完就删了
        }
    }
    pthread_exit(NULL);
}

//开放接口2，向任务队列中添加任务
void Pthread_Pool::addTask(Task* task)
{
    if (Stop)	//线程池是否停止工作
        return;

    //向任务队列中添加新任务
    taskCond.lock();	//上任务锁
    taskList.push_back(task);	//添加任务
    taskCond.unlock();	//记得解锁

    cond.lock();	//上线程锁
    if (waitcount)	//如果有空闲线程
    {
        cond.signal();	//唤醒一个线程
    }
    else if (count < maxcount)	//如果没有空闲线程，一般来说，走到这里面来，那这个线程池的设计是有点失败了	
    {
        createThread();	//那就创建一个
        cond.signal();	//然后唤醒
    }
    cond.unlock();
}


void Pthread_Pool::destroyThread()
{
    printf("destroy?n");

#if 0   //强行清理
    list_task::iterator it = taskList.begin();
    for (; it!= taskList.end(); it++)
    {
        Task* t = *it;
        delete t;

        t = NULL;
    }
    taskList.clear();
#endif

    // 等待所有线程执行完毕
    Stop = true;
    while (count > 0)
    {
        cond.lock();
        cond.broadcast();	//广播
        cond.unlock();

        sleep(1);
    }
}

调用的地方是这样的：

class DoTask : public Task
{
public:
    DoTask(BtoC& send, PacketCommand1& packet);

    int run();
private:
    DB_command* task_db;
    BtoC* m_send;
    PacketCommand1 m_packet;
    PacketCommand3* f_packet;
};


class BackServer
{
public:
    BackServer(char* IPnum);
    ~BackServer() {}
    int run();
private:
    PacketCommand1 m_packet;
    BtoC m_send;
    Pthread_Pool* m_pool;
};

int BackServer::run()
{
    int n = 0;
    while (1)
    {
        n = m_send.Read_date(m_packet.getData());
        m_packet.setSize(n);
        DoTask* t = new DoTask(m_send, m_packet);
        m_pool->addTask(t);
    }
    return 0;
}

在这个线程池中呢，可以看到负责创建线程和管理线程的函数（享元工厂）、每条线程的共用属性（外部属性）、传递给每个线程的不同任务（内部属性），还有负责缓冲的任务队列。这些部分（享元工厂、元素外部属性、元素内部属性），就是享元模式的主要构成。

不过，在线程池调用的过程中，确是存在了一个问题：DoTask* t = new DoTask(m_send, m_packet);这个可不见得回收了，要是等着系统的垃圾回收机制也是可以的，但是在高并发的情况下，这些尸位素餐的DoTask* t无疑成为了等待资源的任务们的“公敌”。

那么，今天我就来弄一个对象池，解决这个问题。

对象池类图

对象公有属性： (SignInfo)

	DB_command* task_db;
    PacketCommand3* f_packet;

对象公有方法：

	virtual int run();
	virtual void setidentify(string identify);
	virtual string getidentify();

对象私有属性：(SignInfoPool)

	BtoC* m_send;
    PacketCommand1 m_packet;
    string identify;	//身份标识
    int state;	//是否处于空闲态

对象私有方法：

	int run();
	void setidentify(string identify);
	string getidentify();

享元工厂属性：

	map<string,vector<SignInfo*>> mapSign;	//hashmap不会用

享元工厂方法：

	SignInfo* getSignInfo(string identify);

这样可好？画个图看看：

接下来代码实现看看。

对象池代码实现

#include<iostream>
#include<map>
#include<vector>
#include<string>

using namespace std;

class SignInfo {
private:
	int db_task;	//用int替代吧
	int f_packet;

public:
	virtual int run() = 0;
	virtual void setidentify(string identify) = 0;
	virtual string getidentify() = 0;
	virtual int isRun() = 0;
};

class SignInfoPool : public SignInfo {
private:
	string identify;
	int m_send;
	int m_packet;
	int state;	//是否在使用

public:
	SignInfoPool() { this->state = 0; }

	//实例化对象时使用
	void setInfo(int m_send, int m_packet) {
		this->m_send = m_send;
		this->m_packet = m_packet;
	};

	//工厂生产的时候使用
	void setidentify(string identify) { this->identify = identify; }
	string getidentify() { return this->getidentify(); }

	void setState(int state) { this->state = state; }
	int getState() { return this->state; }

	int isRun() { return this->state; }	//在运行返回1.没运行返回0

	int run() {
		cout << identify << " dosomething" << endl;
	}
};

class SignInfoFactory {
private:
	map<string, vector<SignInfo*>> mapSignInfo;
	int maxi;	//最大对象数
	int mini;	//核心对象数
public:
	SignInfoFactory(int maxi,int mini) {
		this->maxi = maxi;
		this->mini = mini;

		createsigninfo("DBlogin");	//初始化一些用来处理登录的对象
		
		createsigninfo("DBregist");	//初始化一些用来处理注册的对象
		
		createsigninfo("DBfpwd");	//初始化一些用来处理密码的对象
		
		createsigninfo("DBfile");	//初始化一些用来处理文件的对象
	}

	//初始化一些新对象
	void createsigninfo(string identify) {
		
		vector<SignInfo*> temp;
		
		SignInfo* signinfo;
		
		for (int i = 0; i < mini; i++) {
			
			signinfo = new SignInfoPool();
			
			signinfo->setidentify(identify);

			temp.push_back(signinfo);
		}
		mapSignInfo[identify] = temp;
	}

	SignInfo* getSignInfo(string identify) {
		int size = (mapSignInfo[identify]).size();
		for (int i = 0; i < size; i++) {
			if (!(mapSignInfo[identify])[i]->isRun()) {
				return (mapSignInfo[identify])[i];
			}
		}
	}

	void DestoryFactory() {
		//这。。。我也想知道怎么销毁。。。map没有迭代器啊。。。
	}	//结束时的工厂销毁
};

初次上手“享元模式”，多有纰漏，再写之时会整合成一个类，像线程池那样。

学以致用设计模式 之 “享元模式”

开场白

享元模式与池技术

享元模式定义与结构

线程池

对象池类图

对象池代码实现

学以致用设计模式之 “享元模式”