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javascriptpython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

享元模式·代码

《每天一个设计模式》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。

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

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 );

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