Unity 3D Framework Designing(7)——IoC工廠理念先行

来源:http://www.cnblogs.com/OceanEyes/archive/2017/03/31/factory_pattern.html
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一談到 『IoC』 ，有經驗的程式員馬上會聯想到控制反轉，將創建對象的責任反轉給工廠。IoC是依賴註入 『DI』 的核心，大名鼎鼎的Spring框架就是一個非常卓越的的控制反轉、依賴註入框架。遺憾的是，我們顯然不能在Unity 3D中去使用Spring框架，但思想是相通的——IoC也好，控制反轉也罷 ...


一談到 『IoC』，有經驗的程式員馬上會聯想到控制反轉，將創建對象的責任反轉給工廠。IoC是依賴註入 『DI』 的核心，大名鼎鼎的Spring框架就是一個非常卓越的的控制反轉、依賴註入框架。遺憾的是，我們顯然不能在Unity 3D中去使用Spring框架，但思想是相通的——IoC也好，控制反轉也罷，本質上是一個工廠，或者又被稱為容器，我們可以自己維護一個工廠來實現對對象的管理，這也是本文的核心內容。

工廠模式初探

工廠，顧名思義，就是生產對象的地方。如果之前沒有接觸過設計模式，你可能會疑惑，我直接使用 『new』 關鍵字難道不能創建對象嗎？為什麼還要大費周章的讓工廠來創建？當然這是沒錯的，直接使用 『new』 關鍵字很簡潔，也很易懂，但你考慮過對象的釋放嗎？你可能會說不用考慮啊，GC會幫我們回收啊。

其實問題就出在這裡，因為你沒有考慮對象管理的動機，所以就不會有工廠這個概念。試想一下，使用ADO.NET或者JDBC去訪問資料庫，我們是不是要先建立一個Connection，當工作結束後，Close了這個連接。當再一次需要連接資料庫時，再建立一次Connection，這背後其實有隱患。因為和資料庫建立連接是非常耗時的，只是我們感受不到。我們能不能在關閉連接時，不銷毀對象，而是將其放到一個對象池，當下一次請求來時，直接從對象池中獲取。這就是工廠的動機，對對象的創建和釋放進行管理，這樣可以有效的提高效率。

註：釋放指的是對象實現了IDisposable介面的非托管資源,在uMVVM框架，工廠維護的都是托管資源，銷毀由GC決定

工廠的分類

在uMVVM框架中，我將工廠分為三類：單例（Singleton），臨時（Transient），池（Pool）。

  • Singleton ：該工廠生產的對象是單例的，即一旦生產出來的對象將處理所有的請求，不會因為不同的請求而產生新的對象，通常需要考慮多線程併發問題
  • Transient ：該工廠生產的對象是臨時的，轉瞬即逝的，即每一次請求產生一個新對象，處理請求完畢後就被銷毀
  • Pool：該工廠並不會無限的創建對象，取而代之的是內部維護了一個對象池，當請求來時，從對象池中獲取，當請求處理完畢後，對象也不會被銷毀，而是再次放回對象池中

我們可以為這三種工廠聲明公共的介面：IObjectFactory，這是非常有必要的，方便在運行時根據需求動態的切換不同工廠：

public interface IObjectFactory
{
    object AcquireObject(string className);
    object AcquireObject(Type type);
    object AcquireObject<TInstance>() where TInstance : class, new();
    void ReleaseObject(object obj);
}

這個介面功能很簡單，通過統一的入口對對象進行創建與銷毀的管理。

Singleton Factory

有了統一的工廠的介面之後，接下來就是去實現對應的工廠了，第一個要實現的就是 Singleton Factory：

public class SingletonObjectFactory:IObjectFactory
{
    /// <summary>
    /// 共用的字典，不會因為不同的SingletonObjectFactory對象返回不唯一的實例對象
    /// </summary>
    private static Dictionary<Type,object> _cachedObjects = null;
    private static readonly object _lock=new object();
    private Dictionary<Type, object> CachedObjects
    {
        get
        {
            lock (_lock)
            {
                if (_cachedObjects==null)
                {
                    _cachedObjects=new Dictionary<Type, object>();
                }
                return _cachedObjects;
            }
        }
    }

    //...省略部分代碼...

    public object AcquireObject<TInstance>() where TInstance:class,new()
    {
        var type = typeof(TInstance);
        if (CachedObjects.ContainsKey(type))
        {
            return CachedObjects[type];
        }
        lock (_lock)
        {
            var instance=new TInstance();
            CachedObjects.Add(type, instance);
            return CachedObjects[type];
        }
    }

}

上述代碼中，我們需要定義一個全局的字典，用來存儲所有的單例，值得註意的是，CachedObjects 字典是一個 static 類型，這表明這是一個共用的字典，不會因為不同的SingletonObjectFactory對象返回不唯一的實例對象。

還有一點，單例模式最好考慮一下多線程併發問題，雖然這是一個 『偽』 需求，畢竟Unity 3D是個單線程應用程式，但 uMVVM 框架還是考慮了多線程併發的問題，使用 lock 關鍵字，它必須是一個 static 類型，保證 lock 了同一個對象。

Transient Factory

Transient Factory 是最容易實現的工廠，不用考慮多線程併發問題，也不用考慮Pool，對每一次請求返回一個不同的對象：

public class TransientObjectFactory : IObjectFactory
{
    //...省略部分代碼...

    public object AcquireObject<TInstance>() where TInstance : class, new()
    {
        var instance = new TInstance();
        return instance;
    }

}

Pool Factory

Pool Factory 相對來說是比較複雜的工廠，它對 Transient Factory 進行了升級——創建實例前先去Pool中看看是否有未被使用的對象，有的話，那麼直接取出返回，如果沒有則向Pool中添加一個。

Pool的實現有兩種形式，一種是內置了諸多對象，還有一種是初始時是一個空的池，然後再往裡面添加對象。第一種效率更高，直接從池裡面拿，而第二種更省記憶體空間，類似於懶載入，uMVVM 的對象池技術使用第二種模式。

public class PoolObjectFactory : IObjectFactory
{
    /// <summary>
    /// 封裝的PoolData
    /// </summary>
    private class PoolData
    {
        public bool InUse { get; set; }
        public object Obj { get; set; }
    }

    private readonly List<PoolData> _pool;
    private readonly int _max;
    /// <summary>
    /// 如果超過了容器大小，是否限制
    /// </summary>
    private readonly bool _limit;

    public PoolObjectFactory(int max, bool limit)
    {
        _max = max;
        _limit = limit;
        _pool = new List<PoolData>();
    }

    private PoolData GetPoolData(object obj)
    {
        lock (_pool)
        {
            for (var i = 0; i < _pool.Count; i++)
            {
                var p = _pool[i];
                if (p.Obj == obj)
                {
                    return p;
                }
            }
        }
        return null;
    }
    /// <summary>
    /// 獲取對象池中的真正對象
    /// </summary>
    /// <param name="type"></param>
    /// <returns></returns>
    private object GetObject(Type type)
    {
        lock (_pool)
        {
            if (_pool.Count > 0)
            {
                if (_pool[0].Obj.GetType() != type)
                {
                    throw new Exception(string.Format("the Pool Factory only for Type :{0}", _pool[0].Obj.GetType().Name));
                }
            }

            for (var i = 0; i < _pool.Count; i++)
            {
                var p = _pool[i];
                if (!p.InUse)
                {
                    p.InUse = true;
                    return p.Obj;
                }
            }


            if (_pool.Count >= _max && _limit)
            {
                throw new Exception("max limit is arrived.");
            }

            object obj = Activator.CreateInstance(type, false);
            var p1 = new PoolData
            {
                InUse = true,
                Obj = obj
            };
            _pool.Add(p1);
            return obj;
        }
     }

    private void PutObject(object obj)
    {
        var p = GetPoolData(obj);
        if (p != null)
        {
            p.InUse = false;
        }
    }

    public object AcquireObject(Type type)
    {
        return GetObject(type);
    }

    public void ReleaseObject(object obj)
    {
        if (_pool.Count > _max)
        {
            if (obj is IDisposable)
            {
                ((IDisposable)obj).Dispose();
            }
            var p = GetPoolData(obj);
            lock (_pool)
            {
                _pool.Remove(p);
            }
            return;
        }
        PutObject(obj);
    }
}

上述的代碼通過構造函數的 max 決定Pool的大小，limit 參數表示超過Pool容量時，是否可以再繼續往Pool中添加數據。方法 GetObject 是最核心的方法，邏輯非常簡單，獲取對象之前先判斷Pool中是否有未被使用的對象，如果有，則返回，如果沒有，則根據 limit 參數再決定是否可以往Pool中添加數據。

小結

工廠模式是最常見的設計模式，根據工廠的類型可以獲取不同形式的數據對象，比如單例數據、臨時數據、亦或是對象池數據。這一章的工廠模式很重要，也是對下一篇對象的註入『Inject』做準備，故稱之為理念先行。

源代碼托管在Github上，點擊此瞭解


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