桥模式（Bridge Pattern）-嵌入式学习之GPIO-Java Garbage Collection

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▪桥模式（Bridge Pattern）桥接模式很像适配器模式，都是使用类把一个借口转换成另一种接口。但是，适配器的意图是是使得一个或多个类的接口与某个特定类的接口看起来很像，而桥接模式的设计目的是分离类的.........

▪嵌入式学习之GPIO 一、什么是GPIO： GPIO，英文全称为General-Purpose IO ports，也就是通用IO口。在嵌入式系统中常常有数量众多，但是结构却比较简单的外部设备/.........

▪Java Garbage Collection 1. 垃圾回收的意义　　在C++中，对象所占的内存在程序结束运行之前一直被占用，在明确释放之前不能分配给其它对象；而在Java中，当没有对象引用指向原先分配给某个对象的内存时，该内.........

[1]桥模式（Bridge Pattern）

来源: 互联网发布时间: 2013-11-19

桥接模式很像适配器模式，都是使用类把一个借口转换成另一种接口。

但是，适配器的意图是是使得一个或多个类的接口与某个特定类的接口看起来很像，而桥接模式的设计目的是分离类的接口和实现，这样可以改变或是更换实现而无需修改客户端的代码。

adapter模式是用来帮助无关的类协同工作，它通常在系统设计完成后才会被使用。

bridge模式则是在系统开始的时候就被使用，它使得抽象接口和实现的部分可以独立进行改变。

桥接模式的用意是"将抽象化(Abstraction)与实现化(Implementation)

脱耦，使得二者可以独立地变化"。这句话有三个关键词，也就是抽象化、实现化和脱耦。

桥接模式的参与者包括：

抽象（Abstraction），其定义了类的接口；

精化抽象（Refined Abstraction），其扩展和实现接口；

实现者（Implementer），其定义实现类的接口；

具体实现者（ConcreteImplementor），其为实现类。

桥接模式的效果：

桥接模式的目的是在保持客户端接口不变的同时，允许修改实际上要显示或是要使用的类，这可以避免重新编译一组复杂的用户接口模块，而只要求重新编译桥接部分以及实际上最终要显示的类。

可以分别扩展实现类和桥接类，通常情况下，这两者彼此之间无需过多的交互。

更加容易向客户端程序隐藏实现的细节。

（1）什么是桥接

在桥接模式里面，不太好理解的就是桥接的概念，什么是桥接？为何需要桥接？如何桥接？把这些问题搞清楚了，也就基本明白桥接的含义了。

一个一个来，先看什么是桥接？所谓桥接，通俗点说就是在不同的东西之间搭一个桥，让他们能够连接起来，可以相互通讯和使用。那么在桥接模式中到底是给什么东西来搭桥呢？就是为被分离了的抽象部分和实现部分来搭桥，比如前面示例中抽象的消息和具体消息发送之间搭个桥。

但是这里要注意一个问题：在桥接模式中的桥接是单向的，也就是只能是抽象部分的对象去使用具体实现部分的对象，而不能反过来，也就是个单向桥。

（2）为何需要桥接

为了达到让抽象部分和实现部分都可以独立变化的目的，在桥接模式中，是把抽象部分和实现部分分离开来的，虽然从程序结构上是分开了，但是在抽象部分实现的时候，还是需要使用具体的实现的，这可怎么办呢？抽象部分如何才能调用到具体实现部分的功能呢？很简单，搭个桥不就可以了，搭个桥，让抽象部分通过这个桥就可以调用到实现部分的功能了，因此需要桥接。

（3）如何桥接

这个理解上也很简单，只要让抽象部分拥有实现部分的接口对象，这就桥接上了，在抽象部分就可以通过这个接口来调用具体实现部分的功能。也就是说，桥接在程序上就体现成了在抽象部分拥有实现部分的接口对象，维护桥接就是维护这个关系。

（4）独立变化

桥接模式的意图：使得抽象和实现可以独立变化，都可以分别扩充。也就是说抽象部分和实现部分是一种非常松散的关系，从某个角度来讲，抽象部分和实现部分是可以完全分开的，独立的，抽象部分不过是一个使用实现部分对外接口的程序罢了。

如果这么看桥接模式的话，就类似于策略模式了，抽象部分需要根据某个策略，来选择真实的实现，也就是说桥接模式的抽象部分相当于策略模式的上下文。更原始的就直接类似于面向接口编程，通过接口分离的两个部分而已。但是别忘了，桥接模式的抽象部分，是可以继续扩展和变化的，而策略模式只有上下文，是不存在所谓抽象部分的。

那抽象和实现为何还要组合在一起呢？原因是在抽象部分和实现部分还是存在内部联系的，抽象部分的实现通常是需要调用实现部分的功能来实现的。

（5）动态变换功能

由于桥接模式中的抽象部分和实现部分是完全分离的，因此可以在运行时动态组合具体的真实实现，从而达到动态变换功能的目的。

从另外一个角度看，抽象部分和实现部分没有固定的绑定关系了，因此同一个真实实现可以被不同的抽象对象使用，反过来，同一个抽象也可以有多个不同的实现。就像前面示例的那样，比如：站内短消息的实现功能，可以被普通消息、加急消息或是特急消息等不同的消息对象使用；反过来，某个消息具体的发送方式，可以是站内短消息，或者是Email，也可以是手机短消息等具体的发送方式。

（6）退化的桥接模式

如果Implementor仅有一个实现，那么就没有必要创建Implementor接口了，这是一种桥接模式退化的情况。这个时候Abstraction和Implementor是一对一的关系，虽然如此，也还是要保持它们的分离状态，这样的话，它们才不会相互影响，才可以分别扩展。

也就是说，就算不要Implementor接口了，也要保持Abstraction和Implementor是分离的，模式的分离机制仍然是非常有用的。

（7）桥接模式和继承

继承是扩展对象功能的一种常见手段，通常情况下，继承扩展的功能变化纬度都是一纬的，也就是变化的因素只有一类。

对于出现变化因素有两类的，也就是有两个变化纬度的情况，继承实现就会比较痛苦。比如上面的示例，就有两个变化纬度，一个是消息的类别，不同的消息类别处理不同；另外一个是消息的发送方式。

从理论上来说，如果用继承的方式来实现这种有两个变化纬度的情况，最后实际的实现类应该是两个纬度上可变数量的乘积那么多个。比如上面的示例，在消息类别的纬度上，目前的可变数量是3个，普通消息、加急消息和特急消息；在消息发送方式的纬度上，目前的可变数量也是3个，站内短消息、Email和手机短消息。这种情况下，如果要实现全的话，那么需要的实现类应该是：3 X 3 = 9个。

如果要在任何一个纬度上进行扩展，都需要实现另外一个纬度上的可变数量那么多个实现类，这也是为何会感到扩展起来很困难。而且随着程序规模的加大，会越来越难以扩展和维护。

而桥接模式就是用来解决这种有两个变化纬度的情况下，如何灵活的扩展功能的一个很好的方案。其实，桥接模式主要是把继承改成了使用对象组合，从而把两个纬度分开，让每一个纬度单独去变化，最后通过对象组合的方式，把两个纬度组合起来，每一种组合的方式就相当于原来继承中的一种实现，这样就有效的减少了实际实现的类的个数。

从理论上来说，如果用桥接模式的方式来实现这种有两个变化纬度的情况，最后实际的实现类应该是两个纬度上可变数量的和那么多个。同样是上面那个示例，使用桥接模式来实现，实现全的话，最后需要的实现类的数目应该是：3 + 3 = 6个。

这也从侧面体现了，使用对象组合的方式比继承要来得更灵活。

简单类图：

简单桥模式的实现：

Abstraction类和RefinedAbstraction类：

    public abstract class Abstraction
    {                              
        protected Implementor _implementor;   //其实这只是一种保护措施。。。
                                              //是维护着抽象类和实现类的一种联系。。。抽象部分和实现部分还是存在内部联系
                                              // 抽象部分的实现通常是需要调用实现部分

[2]嵌入式学习之GPIO

来源: 互联网发布时间: 2013-11-19

一、什么是GPIO：

GPIO，英文全称为General-Purpose IO ports，也就是通用IO口。在嵌入式系统中常常有数量众多，但是结构却比较简单的外部设备/电路，对这些设备/电路有的需要CPU为之提供控制手段，有的则需要被CPU用作输入信号。而且，许多这样的设备/电路只要求一位，即只要有开/关两种状态就够了，比如灯亮与灭。对这些设备/电路的控制，使用传统的串行口或并行口都不合适。所以在微控制器芯片上一般都会提供一个“通用可编程IO接口”，即GPIO。接口至少有两个寄存器，即“通用IO控制寄存器”与“通用IO数据寄存器”。数据寄存器的各位都直接引到芯片外部，而对这种寄存器中每一位的作用，即每一位的信号流通方向，则可以通过控制寄存器中对应位独立的加以设置。这样，有无GPIO接口也就成为微控制器区别于微处理器的一个特征。

二、 GPIO之LCD控制编程：

S3C2440有130个I/O端口，分为A-J共9组：GPA、GPB、、、、GPJ，可以通过设置寄存器来确定某个引脚用于输入、输出还是特殊功能。比如：可以设置GPH6作为输入、输出、或者用于串口。

1、通过寄存器来操作GPIO引脚

1）GPxCON寄存器它用于配置引脚的功能端口A与端口B-J在功能上有所不同，GPACON中每一位对应一根引脚（共23根引脚）当某位为0时，对应引脚为输出，此时在GPADAT中相应位写入0或1，让此引脚输出低电平或高电平；当某位被设为1时，对应引脚为地址线或用于地址控制，此时GPADAT保留不用。GPACON通常被设为全1，以便访问外部存储设备端口B-J在寄存器操作上完全相同，PxCon中每两位控制一根引脚，00表示输入，01表示输出，10表示特殊功能，11保留不用。

2）GPxDAT寄存器它用于读写引脚，当引脚被设为输入时，读此寄存器得到对应引脚的电平状态是高还是低；当引脚被设为输出时，写此寄存器相应位可令此引脚输出高低电平。

3）GPxUP寄存器GPxUP，某位为1时，相应引脚无内部上拉电阻；为1时，相应引脚使用内部上拉电阻上拉电阻、下拉电阻的作用在于，当GPIO引脚出于第三态（非高低电平，而是高阻态，即相当于没接芯片）时，它的电平状态由上拉电阻和下拉电阻确定。

图1 GPBCON引脚配置

图2 GPBDAT引脚配置

GPIO控制LCD编程实例：

#include <s3c2440.h>
void delay(int times)
{
   int i;
   for(;times>0;times--)
     for(i=0;i<400;i++);
}
int main(void)
{ 
   int i;
   GPBCON =10000000000; /*配置GPB5为输出 (参考图1)*/ 
   GPBUP =~100000; /*配置GPB5上拉电阻使能(参考图2)*/
   for(i=0;i<10000;i++)
   {
     /* LED1亮 */
     GPBDAT = ~100000; /*GPB5低电平*/
     delay(1000);
     /* LED1灭 */
     GPBDAT = 100000; /*GPB5高电平*/
     delay(1000);
   }
}

其实上面的例子存在一个非常重要的问题，就是在配置某引脚的时候把其他引脚的值也进行了修改。在实际应用中，有可能其他引脚正在执行某操作，而我们这样进行配置的时候，修改掉其他引脚可能引发不可收拾的后果，那我们应该如何操作呢？

三、引脚配置的按位“与”和按位“或”操作：

先来看看上述代码用按位“与”和按位“或”操作修改之后的效果再来讲解：

#include <s3c2440.h>
#define	GPF5_out	(1<<(5*2))
#define	GPF5_msk	(3<<(5*2))
void delay(int times)
{
    int i;
    for(;times>0;times--)
    for(i=0;i<400;i++);
}
int main(void)
{ 
    int i;
    GPBCON &=~(GPF5_msk); /*GPB5数据清零*/ 
    GPFCON |= GPF5_out;   /*配置GPB5为输出 (参考图1)*/
    for(i=0;i<10000;i++)
    {
       /* LED1亮 */
       GPBDAT &= ~(1<<5);   /*GPB5低电平*/
       delay(1000);
       /* LED1灭 */
       GPBDAT |= (1<<5);   /*GPB5高电平*/
       delay(1000);
     }
}

先来分析两个宏定义：

#define GPF5_out (1<<(5*2))

#define GPF5_msk (3<<(5*2))

分别将GPF5_out定义为1左移10、变为：1000，0000，000，GPF5_msk定义为3（即二进制11）左移10、变为：1100，0000，0000。

语句GPBCON &=~(GPF5_msk)： /*GPB5数据清零*/：GPF5_msk进行非操作变成：0011,1111,1111，任何数与其进行与操作，最高两位（的出来的结果均为00xx,xxxx,xxxx,x为未知），这样就可以达到对应位清零效果。

语句GPFCON |= GPF5_out：任何数与GPF5_out（1000，0000，000）进行或操作，最高位必为1，变成1xxx,xxxx,xxx。加上前面未显示出来的0，就可以将该引脚的端口5配置为输入引脚即01。

同理，将GPBDAT配置为低电平可以使其与1左移5的非（100000 ->01111）进行与操作，就得到该端口的低电平，高电平也是一样的道理。

作者：woshixiongge 发表于2013-6-3 21:39:25 原文链接

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[3]Java Garbage Collection

来源: 互联网发布时间: 2013-11-19

1. 垃圾回收的意义
　　在C++中，对象所占的内存在程序结束运行之前一直被占用，在明确释放之前不能分配给其它对象；而在Java中，当没有对象引用指向原先分配给某个对象的内存时，该内存便成为垃圾。JVM的一个系统级线程会自动释放该内存块。垃圾回收意味着程序不再需要的对象是"无用信息"，这些信息将被丢弃。当一个对象不再被引用的时候，内存回收它占领的空间，以便空间被后来的新对象使用。事实上，除了释放没用的对象，垃圾回收也可以清除内存记录碎片。由于创建对象和垃圾回收器释放丢弃对象所占的内存空间，内存会出现碎片。碎片是分配给对象的内存块之间的空闲内存洞。碎片整理将所占用的堆内存移到堆的一端，JVM将整理出的内存分配给新的对象。
　　垃圾回收能自动释放内存空间，减轻编程的负担。这使Java 虚拟机具有一些优点。首先，它能使编程效率提高。在没有垃圾回收机制的时候，可能要花许多时间来解决一个难懂的存储器问题。在用Java语言编程的时候，靠垃圾回收机制可大大缩短时间。其次是它保护程序的完整性，垃圾回收是Java语言安全性策略的一个重要部份。
　　垃圾回收的一个潜在的缺点是它的开销影响程序性能。Java虚拟机必须追踪运行程序中有用的对象，而且最终释放没用的对象。这一个过程需要花费处理器的时间。其次垃圾回收算法的不完备性，早先采用的某些垃圾回收算法就不能保证100%收集到所有的废弃内存。当然随着垃圾回收算法的不断改进以及软硬件运行效率的不断提升，这些问题都可以迎刃而解。
2. 垃圾收集的算法分析
　　Java语言规范没有明确地说明JVM使用哪种垃圾回收算法，但是任何一种垃圾回收算法一般要做2件基本的事情：（1）发现无用信息对象；（2）回收被无用对象占用的内存空间，使该空间可被程序再次使用。
　　大多数垃圾回收算法使用了根集(root set)这个概念；所谓根集就是正在执行的Java程序可以访问的引用变量的集合(包括局部变量、参数、类变量)，程序可以使用引用变量访问对象的属性和调用对象的方法。垃圾回收首先需要确定从根开始哪些是可达的和哪些是不可达的，从根集可达的对象都是活动对象，它们不能作为垃圾被回收，这也包括从根集间接可达的对象。而根集通过任意路径不可达的对象符合垃圾收集的条件，应该被回收。下面介绍几个常用的算法。
　　2.1. 引用计数法(Reference Counting Collector)
　　引用计数法是唯一没有使用根集的垃圾回收的法，该算法使用引用计数器来区分存活对象和不再使用的对象。一般来说，堆中的每个对象对应一个引用计数器。当每一次创建一个对象并赋给一个变量时，引用计数器置为1。当对象被赋给任意变量时，引用计数器每次加1当对象出了作用域后(该对象丢弃不再使用)，引用计数器减1，一旦引用计数器为0，对象就满足了垃圾收集的条件。
　　基于引用计数器的垃圾收集器运行较快，不会长时间中断程序执行，适宜地必须实时运行的程序。但引用计数器增加了程序执行的开销，因为每次对象赋给新的变量，计数器加1，而每次现有对象出了作用域生，计数器减1。
　　2.2. tracing算法(Tracing Collector)
　　tracing算法是为了解决引用计数法的问题而提出，它使用了根集的概念。基于tracing算法的垃圾收集器从根集开始扫描，识别出哪些对象可达，哪些对象不可达，并用某种方式标记可达对象，例如对每个可达对象设置一个或多个位。在扫描识别过程中，基于tracing算法的垃圾收集也称为标记和清除(mark-and-sweep)垃圾收集器.
　　2.3. compacting算法(Compacting Collector)
　　为了解决堆碎片问题，基于tracing的垃圾回收吸收了Compacting算法的思想，在清除的过程中，算法将所有的对象移到堆的一端，堆的另一端就变成了一个相邻的空闲内存区，收集器会对它移动的所有对象的所有引用进行更新，使得这些引用在新的位置能识别原来的对象。在基于Compacting算法的收集器的实现中，一般增加句柄和句柄表。
　　2.4. copying算法(Coping Collector)
　　该算法的提出是为了克服句柄的开销和解决堆碎片的垃圾回收。它开始时把堆分成一个对象区和多个空闲区，程序从对象区为对象分配空间，当对象满了，基于coping算法的垃圾回收就从根集中扫描活动对象，并将每个活动对象复制到空闲区(使得活动对象所占的内存之间没有空闲间隔)，这样空闲区变成了对象区，原来的对象区变成了空闲区，程序会在新的对象区中分配内存。
　　一种典型的基于coping算法的垃圾回收是stop-and-copy算法，它将堆分成对象区和空闲区域区，在对象区与空闲区域的切换过程中，程序暂停执行。
　　2.5. generation算法(Generational Collector)
　　stop-and-copy垃圾收集器的一个缺陷是收集器必须复制所有的活动对象，这增加了程序等待时间，这是coping算法低效的原因。在程序设计中有这样的规律：多数对象存在的时间比较短，少数的存在时间比较长。因此，generation算法将堆分成两个或多个，每个子堆作为对象的一代 (generation)。由于多数对象存在的时间比较短，随着程序丢弃不使用的对象，垃圾收集器将从最年轻的子堆中收集这些对象。在分代式的垃圾收集器运行后，上次运行存活下来的对象移到下一最高代的子堆中，由于老一代的子堆不会经常被回收，因而节省了时间。
　　2.6. adaptive算法(Adaptive Collector)
　　在特定的情况下，一些垃圾收集算法会优于其它算法。基于Adaptive算法的垃圾收集器就是监控当前堆的使用情况，并将选择适当算法的垃圾收集器。

3. System.gc()方法

命令行参数透视垃圾收集器的运行
　　使用System.gc()可以不管JVM使用的是哪一种垃圾回收的算法，都可以请求Java的垃圾回收。在命令行中有一个参数-verbosegc可以查看Java使用的堆内存的情况，它的格式如下：
　　java -verbosegc classfile
　　可以看个例子：

class TestGC
{
    public static void main(String[] args)
    {
　　    new TestGC();
　　    System.gc();
　　    System.runFinalization();
　　 }
}

在这个例子中，一个新的对象被创建，由于它没有使用，所以该对象迅速地变为不可达，程序编译后，执行命令： java -verbosegc TestGC 后结果为：
　　[Full GC 168K->97K(1984K)， 0.0253873 secs]
　　机器的环境为，Windows 2000 + JDK1.3.1，箭头前后的数据168K和97K分别表示垃圾收集GC前后所有存活对象使用的内存容量，说明有168K-97K=71K的对象容量被回收，括号内的数据1984K为堆内存的总容量，收集所需要的时间是0.0253873秒（这个时间在每次执行的时候会有所不同）。

需要注意的是，调用System.gc()也仅仅是一个请求(建议)。JVM接受这个消息后，并不是立即做垃圾回收，而只是对几个垃圾回收算法做了加权，使垃圾回收操作容易发生，或提早发生，或回收较多而已。

4. finalize()方法

在JVM垃圾回收器收集一个对象之前，一般要求程序调用适当的方法释放资源，但在没有明确释放资源的情况下，Java提供了缺省机制来终止该对象心释放资源，这个方法就是finalize（）。它的原型为：
　　protected void finalize() throws Throwable
　　在finalize()方法返回之后，对象消失，垃圾收集开始执行。原型中的throws Throwable表示它可以