设计模式概念学习

2023-11-18

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创建类型

以下为学习时对各种设计模式的简单理解，还没有深入学习和实际应用，推荐1个很棒的网站学习设计模式，每个模式都有遇到的痛点和解决的方法，还有2~3个应用场景，各种语言的代码示例，简明准确的UML类图，精美可爱的配图，推荐大家去看。

创建类型

单例模式

饿汉

构建时就创建

懒汉

单线程-访问到的时候才创建
多线程-低效率
做法：加锁->若未创建则创建->获取资源->解锁
缺点：效率低，每次访问之前都要加锁，资源创建之后不能被同时被多个线程访问
多线程-双重判断
做法：判断资源未存在->加锁->二次判断资源未存在->创建资源->解锁->获取资源
原因：先判断资源是否存在，只有第1次判断到资源不存在才需要加锁，当资源创建之后就不用再加锁了，多线程在大部分情况下可同时访问，提高资源访问效率；在加锁之后需要再次判断资源是否存在，可能在第1次判断和拿到锁的时间间隙中资源已经被其他线程访问和创建了，因此需要二次判断。

openbmc项目实际应用

在bmcweb/include/sessions.hpp中，有1个类用来管理web session的类SessionStore。其创建方式就是单例模式，且是第一次使用到这个对象才会创建这个对象：

class SessionStore
{
  public:
    static SessionStore& getInstance()
    {
        static SessionStore sessionStore;
        return sessionStore;
    }
    ...
};

其他类需要用到此类方法时，都需通过getInstance()方法来获得SessionStore类唯一的对象sessionStore，如有1个用户登录web之后，需要新增1个web session，则需要通过getInstance()方法，将新的web session的信息保留在SessionStore唯一的对象中：

    // User is authenticated - create session
    std::shared_ptr<persistent_data::UserSession> session =
        persistent_data::SessionStore::getInstance().generateUserSession(
            username, req.ipAddress, clientId,
            persistent_data::PersistenceType::TIMEOUT, isConfigureSelfOnly);

项目中为什么使用单例模式呢？

作为全局管理对象：SessionStore作为管理类，起到的是全局统领的作用，只需要1个对象就够了，多个对象反而使管理变得混乱
节约资源：SessionStore中保存着所有web session的信息，若可创建多个对象，则会引起相同web session拷贝，session发生变化还要使用一些同步机制保证不同SessionStore对象的同步。
统一文件的访问：在关闭BMC前可能连接着一些web session，关闭前需要将这些数据保存到起来，重启后要重新获取，单例保证只有1个对象对文件进行读写，避免重复读写。

工厂方法

当多种产品都继承于同1个基类，如美的空调和海尔空调都继承空调类，则可使用工厂方法。让多个工厂类继承于同1个工厂基类，对应去生产不同产品。

简单工厂方法

参考链接
多种产品继承同1个基类，可创建1个工厂类，根据不同的参数，以调用不同产品类的构造函数，来创建出不同的产品

openbmc项目实际应用

phosphor-pid-control是风扇控制模块，根据当前温度传感器/风扇转速/调速参数，使用PID算法来设置风扇目标转速。此模块中的主要类图如下：

Controller：控制器，为纯虚类，作用是通过inputProc获取输入值，通过process和获得的输入值以计算输出值，通过outputProc让输出值起作用。
PIDController：PID控制器，将输入值和目标值作为PID算法的参数，以获取输出值。
StepwiseController：简单的温度控制器，维护1个阶梯式的温度-转速的表格，每个温度范围对应1个目标转速。输入值为多个传感器温度的最大值，输出值为最大温度对应的目标转速，会将目标转速交给FanController处理。
ThermalController：温度控制器，采用PID算法，将所有温度传感器获得的最大温度作为输入值，但不设目标值，根据PID算法计算最终的目标转速，会将目标转速交给FanController处理。
FanController：风扇控制器，采用PID算法，将所有温度控制器获得的目标转速的最大值作为目标值，将风扇当前值作为输入值，根据PID算法计算最终的目标转速，并将此值写入风扇背板的CPLD寄存器中，最终控制风扇转速。
zone：将物理区域抽象成1个类，每个区域都有一至多个硬件温度传感器和风扇，一至多个虚拟温度控制器和风扇控制，控制风扇转速以确保每个区域的硬件在适宜温度内。

在phosphor-pid-control/pid/builder.cpp中的buildZones函数，用来创建zone对象，根据json文件中的控制器类型的配置值来决定创建的控制器类型。创建zone的函数其实就可以视为1个简单工厂，创建控制器对象时，获取的参数均是用户在json文件中的配置。

std::unordered_map<int64_t, std::shared_ptr<ZoneInterface>>
    buildZones(...)
{
		...
        // For each PID create a Controller and a Sensor.
        for (const auto& [name, info] : pidConfig)
        {
        	...
            if (info.type == "fan")
            {
            	...
                auto pid = FanController::createFanPid(zone.get(), name, inputs,
                                                       info.pidInfo);
				zone->addFanPID(std::move(pid));
            	...
            }
            else if (isThermalType(info.type))
            {
            	...
                auto pid = ThermalController::createThermalPid(
                    zone.get(), name, inputs, info.setpoint, info.pidInfo,
                    getThermalType(info.type));
                zone->addThermalPID(std::move(pid));
            	...
            }
            else if (info.type == "stepwise")
            {
            	...
                auto stepwise = StepwiseController::createStepwiseController(
                    zone.get(), name, inputs, info.stepwiseInfo);
                zone->addThermalPID(std::move(stepwise));
               ...
            }
    }
}

创建具体控制器对象方法的createXXXController其实是每个控制器类的静态成员函数。

static std::unique_ptr<Controller> StepwiseController::createStepwiseController(
    ZoneInterface* owner, const std::string& id,
    const std::vector<std::string>& inputs, const ec::StepwiseInfo& initial)
{
    // StepwiseController requires at least 1 input
    if (inputs.empty())
    {
        throw ControllerBuildException("Stepwise controller missing inputs");
    }

    auto thermal = std::make_unique<StepwiseController>(id, inputs, owner);
    thermal->setStepwiseInfo(initial);

    return thermal;
}

为什么这个场景像简单工厂模式：

系统耦合度较低：用户想创建控制器对象时，只需要根据规范，在json文件中配置控制器的属性如下：type为"fan"则会创建1个风扇控制器，不用关注任何代码层面的细节，而且所有控制器。根本就不是了啦！

"pids": [
    {
        "name": "fan1-5",
        "type": "fan",
        "inputs": ["fan1", "fan5"],
        "setpoint": 90.0,
    }
]

抽象工厂

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