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深入C#字符串和享元(Flyweight)模式的使用分析

  • 时间:2022-07-13 20:41 编辑: 来源: 阅读:
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摘要:深入C#字符串和享元(Flyweight)模式的使用分析
写这个文章,主要是因为网上对C#字符串和享元模式的误解比较多。 [b]Flyweight模式 [/b]先说这名字,fly呢,就是苍蝇,没错这里面不是飞的意思,是苍蝇的意思,weight大家都知道,就是重量,苍蝇的重量,就是非常非常轻的意思。所以Flyweight模式就是处理非常非常轻量级对象的一个东西。 Flyweight的目标是解决大量细粒度对象的内存消耗问题,当然,巧妇难为无米之炊,任何模式和手法都不能凭空造出内存来,所以享元模式针对的情况是这些细粒度对象的中数据有重复的情况。 Flyweight的做法是,把对象的状态(通常用属性表示),分成两个部分,一部分是内部状态,另一部分是外部状态。内部状态外部状态是不易重复的(或者说必要的),外部状态 内部状态是易重复的。所以,Flyweight把外部状态提取出来共享,这样就一定程度解决了内存占用问题。 [b]C#中的字符串不是Flyweight模式 [/b]在网上常常可以看到一个说法,说C#中的字符串使用了Flyweight模式,开门见山地说,这个说法是错误的。 错在哪里呢?按照上文的介绍,错就错在字符串它没有所谓的“内部状态外部状态”。 通常讲字符串是享元的原因就是以下代码: string a = "Hello World"; Console.WriteLine(Object.ReferenceEquals(a, "Hello World")); //True 当使用字符串直接量的时候,不论你写了多少个"Hello World",最终内存里面只有一个字符串对象。 运行时创建的字符串并不在此列,可以使些手段,强制在内存里面产生新的字符串。 string a = "Hello World"; Console.WriteLine(Object.ReferenceEquals(a, new String("Hello World".ToCharArray())));  //False 因为我们强行调用了new,所以这个字符串跟内存中的直接量"Hello World"对应的对象不是同一个。 有趣的是,C#还允许强制把一个字符串加入到(如果已经有了,就只是找出来)字符串池里面。 string a = "Hello World"; string b = String.Intern(new String("Hello World".ToCharArray())); Console.WriteLine(Object.ReferenceEquals(a,b) );    或者 string a = String.Intern(new String("Hello World".ToCharArray())); string b = String.Intern(new String("Hello World".ToCharArray())); Console.WriteLine(Object.ReferenceEquals(a,b) ); 前面提到了,这个行为跟Flyweight使用的内部状态和外部状态不同,是两个对象实实在在就是同一个对象。 [b]C#中的字符串与Flyweight模式 [/b]好吧,前面说了不少,C#中的字符串不是Flyweight模式,但是是不是就意味着C#里面字符串跟Flyweight没有关系呢? 当然不是,否则我写这么一篇文章岂不是太蛋疼了…… 字符串池和Intern方法简直是实现Flyweight的神器啊! 考虑我们有某一类对象,可能会创建几百万个,对象里面恰巧有这么一个属性叫做颜色,它在对象构造的时候随机产生,颜色用的是rgb色,用rgb24来表示,于是颜色字符串类似#ccc这样子。 [b]代码写起来就像下面的样子: [/b]
[u]复制代码[/u] 代码如下:
    class Element     {  static Random rnd = new Random();  static char[] table;  static Element()  {      table = "0123456789abcdef".ToCharArray();  }  public string color;  public Element()  {      color = "" + table[rnd.Next() % 16] + table[rnd.Next() % 16] + table[rnd.Next() % 16];  }     }
接下来我们创建3千万个对象看看如何
[u]复制代码[/u] 代码如下:
     Element[] eles = new Element[30000000];      for (var i = 0; i < 30000000; i++)      {   eles[i] = new Element();      }
[b]从任务管理器看到一大块内存被吃掉了[/b] [img]http://files.jb51.net/file_images/article/201305/201305151552569.jpg[/img] 接下来我们使用String.Intern来实现Flyweight:
[u]复制代码[/u] 代码如下:
    class Element     {  static Random rnd = new Random();  static char[] table;  static Element()  {      table = "0123456789abcdef".ToCharArray();  }  public string color;  public Element()  {      color = String.Intern("" + table[rnd.Next() % 16] + table[rnd.Next() % 16] + table[rnd.Next() % 16]);  }     }
[b]可以看到内存占用量的明显变化。 [/b]因为字符串对象的不可更改性质,使用了String.Intern之后,我们完全看不出前后color的区别,也就是说,修改前后的Element类是完全等效的,但是Flyweight为我们节约了大量的内存。 [b]更多思考 [/b]这个典型的使用flyweight场景为我们揭示了享元外部状态内部状态的特征:像字符串一样不可更改的对象。GoF原书的例子中的字型对象Glyph也是如此。 String.Intern这种对象池的方式实现flyweight也值得借鉴,我们可以考虑自己设计flyweight的外部状态对象时使用类似的方式。
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