2018-12-16 | 设计模式手册 | UNLOCK

设计模式手册之享元模式

1. 什么是“享元模式”?

享元模式:运用共享技术来减少创建对象的数量,从而减少内存占用、提高性能。

  1. 享元模式提醒我们将一个对象的属性划分为内部和外部状态
    • 内部状态:可以被对象集合共享,通常不会改变
    • 外部状态:根据应用场景经常改变
  2. 享元模式是利用时间换取空间的优化模式。

2. 应用场景

享元模式虽然名字听起来比较高深,但是实际使用非常容易:只要是需要大量创建重复的类的代码块,均可以使用享元模式抽离内部/外部状态,减少重复类的创建。

为了显示它的强大,下面的代码是简单地实现了大家耳熟能详的“对象池”,以彰显这种设计模式的魅力。

3. 代码实现

这里利用pythonjavascript实现了一个“通用对象池”类–ObjectPool。这个类管理一个装载空闲对象的数组,如果外部需要一个对象,直接从对象池中获取,而不是通过new操作

对象池可以大量减少重复创建相同的对象,从而节省了系统内存,提高运行效率。

为了形象说明“享元模式”在“对象池”实现和应用,特别准备了模拟了File类,并且模拟了“文件下载”操作。

通过阅读下方代码可以发现:对于File类,内部状态是pool属性和download方法;外部状态是namesrc(文件名和文件链接)。借助对象池,实现了File类的复用。

注:为了方便演示,Javascript实现的是并发操作,Python实现的是串行操作。输出结果略有不同。

3.1 Python3 实现

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from time import sleep


class ObjectPool: # 通用对象池
def __init__(self):
self.__pool = []

# 创建对象
def create(self, Obj):
# 对象池中没有空闲对象,则创建一个新的对象
# 对象池中有空闲对象,直接取出,无需再次创建
return self.__pool.pop() if len(self.__pool) > 0 else Obj(self)

# 对象回收
def recover(self, obj):
return self.__pool.append(obj)

# 对象池大小
def size(self):
return len(self.__pool)


class File: # 模拟文件对象
def __init__(self, pool):
self.__pool = pool

def download(self): # 模拟下载操作
print('+ 从', self.src, '开始下载', self.name)
sleep(0.1)
print('-', self.name, '下载完成')
# 下载完毕后,将对象重新放入对象池
self.__pool.recover(self)


if __name__ == '__main__':
obj_pool = ObjectPool()

file1 = obj_pool.create(File)
file1.name = '文件1'
file1.src = 'https://download1.com'
file1.download()

file2 = obj_pool.create(File)
file2.name = '文件2'
file2.src = 'https://download2.com'
file2.download()

file3 = obj_pool.create(File)
file3.name = '文件3'
file3.src = 'https://download3.com'
file3.download()

print('*' * 20)
print('下载了3个文件, 但其实只创建了', obj_pool.size(), '个对象')

输出结果(这里为了方便演示直接使用了sleep方法,没有再用多线程模拟):

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+ 从 https://download1.com 开始下载 文件1
- 文件1 下载完成
+ 从 https://download2.com 开始下载 文件2
- 文件2 下载完成
+ 从 https://download3.com 开始下载 文件3
- 文件3 下载完成
********************
下载了3个文件, 但其实只创建了 1 个对象

3.2 ES6 实现

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// 对象池
class ObjectPool {
constructor() {
this._pool = []; //
}

// 创建对象
create(Obj) {
return this._pool.length === 0
? new Obj(this) // 对象池中没有空闲对象,则创建一个新的对象
: this._pool.shift(); // 对象池中有空闲对象,直接取出,无需再次创建
}

// 对象回收
recover(obj) {
return this._pool.push(obj);
}

// 对象池大小
size() {
return this._pool.length;
}
}

// 模拟文件对象
class File {
constructor(pool) {
this.pool = pool;
}

// 模拟下载操作
download() {
console.log(`+ 从 ${this.src} 开始下载 ${this.name}`);
setTimeout(() => {
console.log(`- ${this.name} 下载完毕`); // 下载完毕后, 将对象重新放入对象池
this.pool.recover(this);
}, 100);
}
}

/****************** 以下是测试函数 **********************/

let objPool = new ObjectPool();

let file1 = objPool.create(File);
file1.name = "文件1";
file1.src = "https://download1.com";
file1.download();

let file2 = objPool.create(File);
file2.name = "文件2";
file2.src = "https://download2.com";
file2.download();

setTimeout(() => {
let file3 = objPool.create(File);
file3.name = "文件3";
file3.src = "https://download3.com";
file3.download();
}, 200);

setTimeout(
() =>
console.log(
`${"*".repeat(50)}\n下载了3个文件,但其实只创建了${objPool.size()}个对象`
),
1000
);

输出结果如下:

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+ 从 https://download1.com 开始下载 文件1
+ 从 https://download2.com 开始下载 文件2
- 文件1 下载完毕
- 文件2 下载完毕
+ 从 https://download3.com 开始下载 文件3
- 文件3 下载完毕
**************************************************
下载了3个文件,但其实只创建了2个对象

4. 参考

  • 《JavaScript 设计模式和开发实践》

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