每天一个设计模式之享元模式

作者按：《每天一个设计模式》旨在初步领会设计模式的精髓，目前采用javascript和python两种语言实现。诚然，每种设计模式都有多种实现方式，但此小册只记录最直截了当的实现方式 🙂

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0. 项目地址

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python和javascript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name和src(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

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）：

+ 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

// 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：

+ 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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