7.對象性能
- 面向?qū)ο蠛芎玫亟鉀Q了“抽象”的問題，但是必不可免地要付出一定的代價(jià)。對于通常情況來講，面向?qū)ο蟮某杀敬蠖伎梢院雎圆挥?jì)。但是某些情況，面向?qū)ο笏鶐淼某杀颈仨氈?jǐn)慎處理。
- 典型模式
- Singleton
- Flyweight
7.1 Singleton
動機(jī)
- 在如那件系統(tǒng)中，經(jīng)常有這些一些特殊的類，必須保證它們在系統(tǒng)中只存在一個(gè)實(shí)例，才能確保它們的邏輯正確性、以及良好的效率。
- 如何繞過常規(guī)的構(gòu)造器，保證一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例。
- 這應(yīng)該是類設(shè)計(jì)者的責(zé)任，而不是使用者的責(zé)任。
寫法
- 常規(guī)寫法，線程不安全
Singleton* Singleton::getInstance(){ if(m_instance == nullptr){ m_instance = new Singleton; } return m_instance; } - 加鎖，但是代價(jià)太大
Singleton* Singleton::getInstance(){ Lock lock; if(m_instance == nullptr){ m_instance = new Singleton; } return m_instance; } - 雙檢查鎖，但由于內(nèi)存讀寫reorder不安全
Singleton* Singleton::getInstance(){ if(m_instance == nullptr){ Lock lock; if(m_instance == nullptr){ m_instance = new Singleton; } } return m_instance; }- 在new的過程中，理論上是如下的三個(gè)步驟：
- 分配內(nèi)存
- 執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)
- 將指針賦值給m_instance
- 但是如果發(fā)生reorder，有可能顛倒順序：
- 分配內(nèi)存
- 將指針賦值給m_instance
- 執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)
- 此時(shí)如果thread A 按此步驟執(zhí)行，將指針賦值給了m_instance，而恰恰thread B 來獲取m_instance，由于指針已經(jīng)賦值給m_instance，那么thread B就會得到m_instance，但是此時(shí)thread A還未調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，m_instance指向的對象還不能用，如果這個(gè)時(shí)候thread B去使用他得到的m_instance，就會出問題。
- 在new的過程中，理論上是如下的三個(gè)步驟：
- C++ 11 版本之后的跨平臺實(shí)現(xiàn)
std::atomic<Singleton*> Singleton::m_instance; std::mutex Singleton::m_mutex; Singleton* Singleton::getInstance(){ Singleton* tmp = m_instance.load(std::memory_order_relaxed); std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire); //獲取內(nèi)存fence if(tmp == nullptr){ std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex); if(tmp == nullptr){ tmp = new Singleton; m_instance = new Singleton(); std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release); //釋放內(nèi)存fence m_instance.store(tmp, std::memory_order_relaxed); } } return tmp; }
模式定義
- 保證一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)該實(shí)例的全局訪問點(diǎn)。
結(jié)構(gòu)
要點(diǎn)總結(jié)
- Singleton模式中的實(shí)例構(gòu)造器可以設(shè)置為protected以允許子類派生。
- Singleton模式一般不要支持拷貝構(gòu)造函數(shù)和Clone接口，這會導(dǎo)致多個(gè)對象，違背了Singleton模式的初衷。
- 多線程安全的Singleton，應(yīng)該注意雙檢查鎖的正確實(shí)現(xiàn)。
7.2 Flyweight
動機(jī)
- 在軟件系統(tǒng)采用純粹對象方案的問題在于大量細(xì)粒度的對象會很快充斥在系統(tǒng)中，從而帶來很高的運(yùn)行時(shí)代價(jià)————主要指內(nèi)存需求方面的代價(jià)。
- 如何在避免大量細(xì)粒度對象問題的同時(shí)，讓外部客戶程序仍然能夠透明地使用面向?qū)ο蟮姆绞絹磉M(jìn)行操作？
模式定義
- 運(yùn)用共享技術(shù)（解決效率問題的常用手段）有效地支持大量細(xì)粒度的對象。
結(jié)構(gòu)
- GetFlyweight(key) 通過這個(gè)方法得到對象，函數(shù)通過key進(jìn)行判斷，如果存在，直接返回，如果不存在，則創(chuàng)建，并加入pool中，再返回。
要點(diǎn)總結(jié)
- 面向?qū)ο蠛芎玫亟鉀Q了抽象性的問題，但是作為一個(gè)運(yùn)行在機(jī)器中的程序?qū)嶓w，我們需要考慮對象的代價(jià)問題。Flyweight主要用來解決代價(jià)問題，一般不觸及面向?qū)ο蟮某橄笮詥栴}。
- Flyweight采用對象共享的做法來降低系統(tǒng)中對象的個(gè)數(shù)，從而降低細(xì)粒度對象給系統(tǒng)帶來的內(nèi)存壓力。在具體實(shí)現(xiàn)方面，要注意對象狀態(tài)的處理。
- 對象數(shù)量太大從而導(dǎo)致對象內(nèi)存開銷加大————什么樣的數(shù)量才算大？這需要我們根據(jù)具體的應(yīng)用情況去評估。
8.狀態(tài)變化
- 在組建構(gòu)建過程中，某些對象的狀態(tài)經(jīng)常面臨變化，如何對這些變化進(jìn)行有效的管理？同時(shí)又維持高層模塊的穩(wěn)定？ 狀態(tài)變化模式為這一問題提供了一種解決方案。
- 典型模式
- State
- Memento
8.1 State
動機(jī)
- 在軟件構(gòu)建過程中，某些對象的狀態(tài)如果改變，其行為也會隨之而發(fā)生改變，比如文檔處于只讀狀態(tài)，其支持的行為和讀寫狀態(tài)支持的行為就可能完全不同。
模式定義
- 允許一個(gè)對象在內(nèi)部狀態(tài)改變時(shí)改變它的行為，從而使對象看起來似乎修改了其行為。
結(jié)構(gòu)
要點(diǎn)總結(jié)
- State模式將所有與一個(gè)特定狀態(tài)相關(guān)的行為都放入一個(gè)State的子類對象中，在對象狀態(tài)切換時(shí)、切換相應(yīng)的對象；但同時(shí)維持State的接口，這樣實(shí)現(xiàn)了具體操作與狀態(tài)裝換之間的解耦。
- 為不同的狀態(tài)引入不同的對象使得狀態(tài)轉(zhuǎn)換變得更加明確，而且可以保證不會出現(xiàn)狀態(tài)不一致的情況，因?yàn)檗D(zhuǎn)換時(shí)原子性的----即要么徹底轉(zhuǎn)換過來，要么不轉(zhuǎn)換。
- 如果Stat對象沒有實(shí)例變量，那么各個(gè)上下文可以共享同一個(gè)State對象，從容節(jié)省對象開銷。
8.2 Memento
動機(jī)
- 在軟件構(gòu)建過程中，某些對象的狀態(tài)在轉(zhuǎn)換過程中，可能由于某種需要，要求程序能夠回溯到對象之前處于某個(gè)點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)。如果使用一些共有接口來讓其他對象得到對象的狀態(tài)，便會暴露對象的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
模式定義
- 在不破壞封裝性的前提下，捕獲一個(gè)對象的內(nèi)部狀態(tài)，并在該對象之外保存這個(gè)狀態(tài)。這樣以后就可以將該對象恢復(fù)到原先保存的狀態(tài)。
結(jié)構(gòu)
要點(diǎn)總結(jié)
- 備忘錄（Memento）存儲原發(fā)器（Originator）對象的內(nèi)部狀態(tài)，在需要時(shí)恢復(fù)原發(fā)器狀態(tài)。
- Memento模式的核心是信息隱藏，即Originator需要向外接隱藏信息，保持其封裝性。但同時(shí)又需要將狀態(tài)保持到外界（Memento）。
- 由于現(xiàn)代語言運(yùn)行時(shí)（如C#、Java等）都具有相當(dāng)?shù)膶ο笮蛄谢С郑虼送捎眯矢摺⒂秩菀渍_實(shí)現(xiàn)的序列化方案來實(shí)現(xiàn)Memento模式。
9.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
- 常常有一些組件在內(nèi)部具有特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果讓客戶程序依賴這些特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將極大的破壞組件的復(fù)用。這時(shí)候，將這些特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)封裝在內(nèi)部，在外部提供統(tǒng)一的接口，來實(shí)現(xiàn)與特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無關(guān)的訪問。
- 典型模式
- Composite
- Iterator
- Chain Of Resposibility
9.1 Composite
動機(jī)
- 客戶代碼過多地依賴于對象容器復(fù)雜的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，對象容器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)（而非抽象接口）的變化將引起客戶代碼的頻繁變化，帶來了代碼的維護(hù)性、擴(kuò)展性等弊端。
模式定義
- 將對象組合成樹形結(jié)構(gòu)以表示部分-整體的層次結(jié)構(gòu)。Composite使得用戶對單個(gè)對象和組合對象的使用具有一致性（穩(wěn)定）。
結(jié)構(gòu)
要點(diǎn)總結(jié)
- Composite模式采用樹形結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)普遍存在的對象容器，從而將一對多的關(guān)系轉(zhuǎn)換成一對一的關(guān)系，使得客戶程序可以一致地處理對象和對象容器，無需關(guān)心處理的是單個(gè)的對象，還是組合的對象容器。
- 將客戶代碼與復(fù)雜的對象容器結(jié)構(gòu)解耦是Composite的核心思想，解耦之后，客戶代碼將與純粹的抽象接口----而非對象容器的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)----發(fā)生依賴，從而更能應(yīng)對變化。
- Composite模式在具體實(shí)現(xiàn)中，可以讓父對象中的子對象反向追溯；如果父對象有頻繁的遍歷要求，可使用緩存技巧來改善效率。
9.2 Iterator
動機(jī)
- 集合對象內(nèi)部結(jié)構(gòu)常常變化各異。但對于這些集合對象，我們希望在不暴露其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同事，可以讓外部客戶代碼透明地訪問其中包含的元素。同時(shí)這種透明遍歷也為同一種算法在多種集合對象上進(jìn)行操作提供了可能。
模式定義
- 提供一種方法順序訪問一個(gè)聚合對象中的各個(gè)元素，而又不暴露（隔離變化，穩(wěn)定）該對象的內(nèi)部表示。
結(jié)構(gòu)
要點(diǎn)總結(jié)
- 迭代抽象：訪問一個(gè)聚合對象的內(nèi)容而無需暴露它的內(nèi)部表示。
- 迭代多態(tài)：為遍歷不同的集合結(jié)構(gòu)提供一個(gè)統(tǒng)一的接口，從而支持同樣的算法在不同的集合結(jié)構(gòu)上進(jìn)行操作。
- 迭代器的健壯性考慮：遍歷的同時(shí)更改迭代器所在的集合結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致問題。
9.3 Chain Of Resposibility
動機(jī)
- 一個(gè)請求可能被多個(gè)對象處理，但是每個(gè)請求在運(yùn)行時(shí)只能有一個(gè)接受者，如果顯示指定，將必不可少地帶來請求發(fā)送者與接受者的緊耦合。
模式定義
- 使多個(gè)對象都有機(jī)會處理請求，從而避免請求的發(fā)送者和接受者之間的耦合關(guān)系。將這些對象連成一條鏈，并沿著這條鏈傳遞請求，直到有一個(gè)對象處理它為止。
結(jié)構(gòu)
要點(diǎn)總結(jié)
- Chain Of Responsibility 模式的應(yīng)用場合在于一個(gè)請求可能有多個(gè)接受者，但是最后真正的接受者只有一個(gè)，這個(gè)時(shí)候請求發(fā)送者與接受者的耦合有可能出現(xiàn)變化脆弱的癥狀，職責(zé)鏈的目的就是講二者解耦，從而更好地應(yīng)對變化。
- 應(yīng)用了Chain Of Responsibility模式后，對象的責(zé)任分派將更具靈活定，我們可以在運(yùn)行時(shí)添加/修改請求的處理職責(zé)。
- 如果請求傳遞到職責(zé)鏈的末尾扔得不到處理，應(yīng)該有一個(gè)合理的缺省機(jī)制，這也是每一個(gè)接受對象的責(zé)任，而不是發(fā)出請求的對象的責(zé)任。
9.4 回顧與總結(jié)
- 以上三個(gè)模式的特征很明顯，都是和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有關(guān)。
- 歸到一起，能夠從認(rèn)知上很快的辨析出來其共性，但是Iterator模式和Chain Of Responsibility模式在現(xiàn)有軟件環(huán)境下已經(jīng)過時(shí)。
10.行為變化
- 在組件的構(gòu)建過程中，組件行為的變化經(jīng)常導(dǎo)致組件本身劇烈的變化，行為變化模式將組件的行為和組件本身進(jìn)行解耦，從而支持組件的行為變化，實(shí)現(xiàn)兩者之間的松耦合。
- 典型模式
- Command
- Visitor
10.1 Command
動機(jī)
- 行為請求者與行為實(shí)現(xiàn)者通常呈現(xiàn)一種緊耦合。但在某些場合----比如需要對行為進(jìn)行記錄、撤銷/重做、事務(wù)等處理，這種無法抵御變化的緊耦合使不合適的。
模式定義
- 將一個(gè)請求（行為）封裝為一個(gè)對象，從而使你可用不同的請求對客戶進(jìn)行參數(shù)化；對請求排隊(duì)或記錄請求日志，以及支持可撤銷的操作。
結(jié)構(gòu)
要點(diǎn)總結(jié)
- Command模式的根本弟弟在于將行為請求者與行為實(shí)現(xiàn)者解耦，在面向?qū)ο笳Z言中，常見的手段是將行為抽象為對象。
- 實(shí)現(xiàn)Command接口的具體命令對象ConcreteCommand有時(shí)候根據(jù)需要可能會保存一些額外的信息。通過使用Composite模式，可以講多個(gè)命令封裝為一個(gè)符合命令MacroCommand。
- Command模式與C++中的函數(shù)對象有些類似，但兩者定義行為接口的規(guī)范有所區(qū)別：Command以面向?qū)ο笾械?strong>接口--實(shí)現(xiàn)來定義行為接口說明，更嚴(yán)格，但有性能損失；C++函數(shù)對象以函數(shù)名來定義行為接口規(guī)范，更靈活，性能更高。
10.2 Visitor
動機(jī)
- 在軟件構(gòu)建過程中，由于需求的改變，某些類層次結(jié)構(gòu)中常常需要增加新的行為（方法），如果直接在積累中做這樣的改變，將會給予子類帶來很繁重的變更負(fù)擔(dān)，甚至破壞原有設(shè)計(jì)。
模式定義
- 表示一個(gè)作用于某種對象結(jié)構(gòu)中的各元素的操作。使得可以在不改變（穩(wěn)定）各元素的類的前提下定義（擴(kuò)展）作用于這些元素的新操作（變化）。
結(jié)構(gòu)
要點(diǎn)總結(jié)
- Visitor模式通過所謂的雙重分發(fā)（double dispatch）來實(shí)現(xiàn)在不更改（不添加新的操作--編譯時(shí)）Element類層次結(jié)構(gòu)的前提下，在運(yùn)行時(shí)透明地為類層次結(jié)構(gòu)上的各個(gè)類動態(tài)添加新的操作（支持變化）。
- 所謂雙重分發(fā)即Visitor模式中間包括了兩個(gè)多態(tài)分發(fā)（注意其中的多態(tài)機(jī)制）：第一個(gè)為accept方法的多態(tài)解析；第二個(gè)為visitElementX方法的多態(tài)辨析。
- Visitor模式的最大缺點(diǎn)在于擴(kuò)展類層次結(jié)構(gòu)（添加新的Element子類），會導(dǎo)致Visitor類的改變。因此Visitor模式適用于Element類層次結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而其中的操作卻經(jīng)常面臨頻繁改動。
11.領(lǐng)域規(guī)則
- 在特定領(lǐng)域中，某些變化雖然頻繁，但可以抽象為某種規(guī)則。這時(shí)候，結(jié)合特定領(lǐng)域，將問題抽象為語法規(guī)則，從而給出在該領(lǐng)域下的一般性解決方案。
- 典型模式
- Interpreter
Interpreter
動機(jī)
- 在軟件構(gòu)建過程中，如果某一特定領(lǐng)域的問題比較復(fù)雜，類似的結(jié)構(gòu)不斷重復(fù)出現(xiàn)，如果使用普通的編程方式來實(shí)現(xiàn)將面臨非常頻繁的變化。
模式定義
- 給定一個(gè)語言，定義它的文法的一種表示，并定義一種解釋器，這個(gè)監(jiān)視器使用該表示來解釋語言中的句子。
結(jié)構(gòu)
要點(diǎn)總結(jié)
- Interpreter模式的應(yīng)用場合是Interprete模式應(yīng)用中的難點(diǎn)，只有滿足業(yè)務(wù)規(guī)則頻繁變化，且類似的結(jié)構(gòu)不斷重復(fù)出現(xiàn)，并且容易抽象為語法規(guī)則的問題，才適合使用Interpreter模式。
- 使用Interpreter模式來表示文法規(guī)則，從而可以使用面向?qū)ο蠹记蓙矸奖愕財(cái)U(kuò)展文法。
- Interpreter模式比較適合簡單的文法表示，對于復(fù)雜的文發(fā)表示，Interpreter模式會產(chǎn)生比較大的類層次結(jié)構(gòu)，需要求助于語法分析生成器這樣的標(biāo)準(zhǔn)工具。
