Cpp 设计模式笔记——6. 更多模式

随着软件工程的不断发展，除了经典的二十几种设计模式，还有更多设计模式在不断涌现，其中一些设计模式也是值得学习的。

对象池模式

对象池（Object Pool）是一种创建和管理对象的设计模式，特别适用于需要频繁创建和销毁对象的场景。它通过复用对象来减少对象的创建和销毁次数，从而提高性能和资源利用率，在资源密集型的应用情景中（如数据库连接、线程、Socket连接、内存分配等），池化的思想被广泛使用。

对象池的实现示例是非常简单直观的，直接看代码即可。

与之不同的是，使用C++实现一个实用的线程池或内存池的代码细节会更加复杂，本文中不作讨论。

示例代码如下

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>

// 对象类
class PooledObject {
public:
    PooledObject() { std::cout << "PooledObject created.\n"; }

    ~PooledObject() { std::cout << "PooledObject destroyed.\n"; }

    void reset() { std::cout << "PooledObject reset.\n"; }

    void doSomething() {
        std::cout << "PooledObject is doing something.\n";
    }
};

// 对象池类
class ObjectPool {
private:
    std::vector<std::shared_ptr<PooledObject>> m_pool;

public:
    // 获取对象
    std::shared_ptr<PooledObject> getObject() {
        if (m_pool.empty()) { return std::make_shared<PooledObject>(); }

        std::shared_ptr<PooledObject> obj = m_pool.back();
        m_pool.pop_back();
        obj->reset();
        return obj;
    }

    // 归还对象
    void returnObject(std::shared_ptr<PooledObject> obj) {
        m_pool.push_back(obj);
    }
};

int main() {
    ObjectPool pool;

    auto obj1 = pool.getObject();
    obj1->doSomething();
    pool.returnObject(obj1);

    auto obj2 = pool.getObject();
    obj2->doSomething();

    return 0;
}

运行结果如下

PooledObject created.
PooledObject is doing something.
PooledObject reset.
PooledObject is doing something.
PooledObject destroyed.

订阅发布模式

订阅发布模式是一种消息传递模式，允许发送者（发布者）和接收者（订阅者）彼此解耦。在逻辑上主要包括三部分：

发布者（Publisher）：发布消息的对象。
订阅者（Subscriber）：接收消息的对象。
事件总线（Event Bus）：管理发布者和订阅者之间的通信桥梁。

发布者将特定主题的消息发布到一个事件总线上，而订阅者通过事件总线订阅一个或多个主题。当有新的消息发布时，所有订阅了该主题的订阅者都会收到通知。

示例代码如下

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <utility>
#include <vector>

// 订阅者基类
class Subscriber {
public:
    virtual ~Subscriber() = default;
    virtual void onMessage(const std::string &message) = 0;
};

// 事件总线类
class EventBus {
public:
    void addsubscriber(const std::string &topic,
                       std::shared_ptr<Subscriber> subscriber) {
        m_subscribers[topic].push_back(subscriber);
    }

    void publish(const std::string &topic, const std::string &message) {
        if (m_subscribers.find(topic) != m_subscribers.end()) {
            for (auto &subscriber : m_subscribers[topic]) {
                subscriber->onMessage(message);
            }
        }
    }

private:
    std::unordered_map<std::string, std::vector<std::shared_ptr<Subscriber>>>
        m_subscribers;
};

// 发布者类
class Publisher {
public:
    explicit Publisher(EventBus &eventBus) : m_eventBus(eventBus) {}

    void publishMessage(const std::string &topic, const std::string &message) {
        m_eventBus.publish(topic, message);
    }

private:
    EventBus &m_eventBus;
};

// 订阅者类
class NewsSubscriber : public Subscriber {
public:
    explicit NewsSubscriber(std::string name) : m_name(std::move(name)) {}

    void onMessage(const std::string &message) override {
        std::cout << m_name << " received news: " << message << '\n';
    }

private:
    std::string m_name;
};

class SportsSubscriber : public Subscriber {
public:
    explicit SportsSubscriber(std::string name) : m_name(std::move(name)) {}

    void onMessage(const std::string &message) override {
        std::cout << m_name << " received sports news: " << message
                  << '\n';
    }

private:
    std::string m_name;
};

int main() {
    EventBus eventBus;

    // 创建不同的订阅者
    auto newsSubscriber1 =
        std::make_shared<NewsSubscriber>("News Subscriber 1");
    auto newsSubscriber2 =
        std::make_shared<NewsSubscriber>("News Subscriber 2");
    auto sportsSubscriber1 =
        std::make_shared<SportsSubscriber>("Sports Subscriber 1");

    // 添加订阅者以订阅不同主题的消息
    eventBus.addsubscriber("news", newsSubscriber1);
    eventBus.addsubscriber("news", newsSubscriber2);
    eventBus.addsubscriber("sports", sportsSubscriber1);

    // 创建发布者
    Publisher newsPublisher(eventBus);
    Publisher sportsPublisher(eventBus);

    // 发布者发布消息到不同主题的消息
    newsPublisher.publishMessage("news", "Breaking news: C++20 released!");
    sportsPublisher.publishMessage("sports",
                                   "New world record set in marathon!");

    return 0;
}

运行结果如下

1
2
3

News Subscriber 1 received news: Breaking news: C++20 released!
News Subscriber 2 received news: Breaking news: C++20 released!
Sports Subscriber 1 received sports news: New world record set in marathon!

订阅发布模式与观察者模式经常被用来对比，两者有很多相似之处，但是也有如下的不同点：

解耦程度：
- 观察者模式：观察者和被观察者之间存在直接的关联。被观察者需要维护着观察者的列表，并在状态变化时通知这些观察者。
- 订阅发布模式：发布者和订阅者完全解耦，彼此不知道对方的存在。
通信机制：
- 观察者模式：被观察者直接调用观察者的更新方法，通知它们状态变化。
- 订阅发布模式：所有的通信都基于事件总线进行，消息通过事件总线分发给订阅者。
使用场景：
- 观察者模式：适用于一个对象的状态变化需要通知多个依赖对象的场景，适合较简单的同步通信场景。
- 订阅发布模式：适用于需要解耦多个组件之间通信的场景，如事件驱动系统、消息队列系统等，适合更复杂的同步或异步通信场景。

事实上，我们可以将订阅发布模式视作广义的观察者模式，订阅发布模式还明显的吸收了中介模式中的部分做法。