c# - 享元模式的高效实现

Question

背景

我们的应用程序中最常用的数据结构之一是自定义点结构。最近我们遇到了内存问题，主要是由于该结构的实例过多所致。

其中许多实例包含相同的数据。共享单个实例将大大有助于减少内存使用。但是，由于我们使用的是结构，因此无法共享实例。也不可能将其更改为类，因为结构语义很重要。

我们的解决方法是使用一个包含对支持类的单个引用的结构，该支持类包含实际数据。这些享元数据类存储在工厂中并从中检索，以确保不存在重复项。

代码的精简版如下所示:

public struct PointD
{
    //Factory
    private static class PointDatabase
    {
        private static readonly Dictionary<PointData, PointData> _data = new Dictionary<PointData, PointData>();

        public static PointData Get(double x, double y)
        {
            var key = new PointData(x, y);
            if (!_data.ContainsKey(key))
                _data.Add(key, key);

            return _data[key];
        }
    }

    //Flyweight data
    private class PointData
    {
        private double pX;
        private double pY;

        public PointData(double x, double y)
        {
            pX = x;
            pY = y;
        }

        public double X
        {
            get { return pX; }
        }

        public double Y
        {
            get { return pY; }
        }

        public override bool Equals(object obj)
        {
            var other = obj as PointData;
            if (other == null)
                return false;
            return other.X == this.X && other.Y == this.Y;
        }
        public override int GetHashCode()
        {
            return X.GetHashCode() * Y.GetHashCode();
        }
    }


    //Public struct

    public Point(double x, double y)
    {
        _data = Point3DDatabase.Get(x, y);
    }

    public double X
    {
        get { return _data == null ? 0 : _data.X; }
        set { _data = PointDatabase.Get(value, Y); }
    }

    public double Y
    {
        get { return _data == null ? 0 : _data.Y; }
        set { _data = PointDatabase.Get(X, value); }
    }
}

此实现确保结构语义得到维护，同时确保仅保留相同数据的一个实例。

(请不要提及内存泄漏等，这是简化的示例代码)

问题

虽然上述方法可以降低我们的内存使用量，但性能非常糟糕。我们应用程序中的一个项目可以轻松包含一百万个或更多不同的点。因此，PointData 实例的查找成本非常高。每当操作 Point 时都必须执行此查找，正如您可能猜到的那样，这就是我们的应用程序的全部内容。因此，这种方法不适合我们。

作为替代方案，我们可以制作两个版本的 Point 类:一个具有上述支持享元，另一个包含自己的数据(可能有重复数据)。所有(短暂的)计算都可以在第二个类中完成，而当将 Point 存储较长时间时，它们可以转换为第一个内存高效类。但是，这意味着必须对 Point 类的所有用户进行检查和调整以适应该方案，这对我们来说是不可行的。

我们正在寻找一种满足以下标准的方法:

• 当有多个 Point 具有相同的数据时，内存使用量应该低于对每个点使用不同的结构实例。
• 性能应该不会比直接处理结构中的原始数据差很多。
• 应保持结构语义。
• “Point”接口(interface)应保持不变(即不必更改使用“Point”的类)。

有什么方法可以改进我们对这些标准的处理方法？或者任何人都可以建议我们可以尝试的不同方法吗？

Answer 1

与其重新设计整个数据结构和编程模型，我解决性能和内存问题的首选方法是缓存、预取，最重要的是在数据不可用时剔除您的数据需要。

这样想。在图表上，您不能一次显示几百万个点，因为您用完了像素(您应该遮挡剔除这些点)。同样，在表格中，屏幕上没有足够的垂直空间(您需要截断数据集)。考虑根据需要从源文件中流式传输数据。如果您的源数据结构不适合动态检索，请考虑使用中间的临时文件格式。 这是 .Net 的 JITer 如此快速运行的方式之一!