JS设计模式之享元模式

1、定义:

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。

主要解决:在有大量对象时,有可能会造成内存溢出,我们把其中共同的部分抽象出来,如果有相同的业务请求,直接返回在内存中已有的对象,避免重新创建。
题外话:可能小伙伴们觉得和单例模式挺像的,没错,但是主要区别是享元模式提供的是可复用的对象以及其方法,单例模式仅仅是减少了对象的创建次数,并不会共享其中的方法。

何时使用:
1、系统中有大量对象。
2、这些对象消耗大量内存。
3、这些对象的状态大部分可以外部化。
4、这些对象可以按照内蕴状态分为很多组,当把外蕴对象从对象中剔除出来时,每一组对象都可以用一个对象来代替。
5、系统不依赖于这些对象身份,这些对象是不可分辨的。

2、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

3、代码实现

这里利用javascript实现了一个“通用对象池”类--ObjectPool。对象池维护一个装载空闲对象的池子,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。如果对象池里面没有空闲对象,则创建一个新对象,当获取的对象完成它的职责后,再把它放入池等待被下次取用。

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。

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

    // 创建对象
    create(obj){
        // 可以保证使用最小的成本来创建file对象,达到复用里面的download方法等
        return this._pool.length ? 
            this._pool.shift() : //如果存在空闲对象,直接获取即可
            new obj(this); // 不存在,则创建一个出来。相当于new File(ObjectPool) 生成一个File对象
    }

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

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

// 创建文件对象类
class File{
    constructor(pool){
        this.pool = pool;
    }

    downloadFile(){
        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);
    }
}

// 测试代码
let objPool = new ObjectPool();
let file1 = objPool.create(File);
file1.name = '文件1';
file1.src = 'www.baidu.com';
file1.downloadFile();

let file2 = objPool.create(File);
file2.name = '文件2';
file2.src = 'www.sina.com';
file2.downloadFile();

//输出上述示例结果:

/*
+ 从 www.baidu.com 开始下载 文件1
+ 从 www.sina.com 开始下载 文件2
- 文件1 下载完毕
- 文件2 下载完毕
*/

总结上面只是创建了两个file对象,其实如果有多个文件批量下载,我们可以测试一下创建file对象的个数

setTimeout(() => {
  let file3 = objPool.create(File);
  file3.name = "文件3";
  file3.src = "https://wangyi.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`);
  //如果创建多次对象,比如创建2000个下载文件记录,这里会重复输出多个size的,但是结果只有两个
  }, 1000
);

输出结果如下

  • 文件1 下载完毕
  • 文件2 下载完毕
  • 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

分析

上述案例中File对象中的pool属性和downloadFile方法就属于File对象的内部状态,一般存储于对象内部,它是可以共享的,多个对象都可以使用,但是里面的name与src是外部状态,取决于具体的业务场景,需要从外部传入,不可共享,借助于对象池实现了File对象复用。

总结

划分内部状态与外部状态的关键有以下几点:
1、内部状态存储于对象内部
2、内部状态可以被一些对象共享。
3、内部状态独立于具体的场景,通常不会改变,抽象层次较高
4、外部状态取决于具体的业务场景,并根据场景而变化,外部状态不能被共享。

优点:

大大减少对象的创建,降低系统的内存,使效率提高。

缺点:

提高了系统的复杂度,需要分离出外部状态和内部状态,而且外部状态具有固有化的性质,不应该随着内部状态的变化而变化,否则会造成系统的混乱。

享元模式与其他设计模式的区别

享元模式和工厂模式、单例模式

在区分出不同种类的外部状态后,创建新对象时需要选择不同种类的共享对象,这时就可以使用工厂模式来提供共享对象,在共享对象的维护上,经常会采用单例模式来提供单实例的共享对象。
享元模式和组合模式

在使用工厂模式来提供共享对象时,比如某些时候共享对象中的某些状态就是对象不需要的,可以引入组合模式来提升自定义共享对象的自由度,对共享对象的组成部分进一步归类、分层,来实现更复杂的多层次对象结构,当然系统也会更难维护。
享元模式和策略模式

策略模式中的策略属于一系列功能单一、细粒度的细粒度对象,可以作为目标对象来考虑引入享元模式进行优化,但是前提是这些策略是会被频繁使用的,如果不经常使用,就没有必要了。
参考:《JavaScript设计模式与开发实践》
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