如何理解享元模式,“享”是共享的意思,“元”指的是元件,也就是小颗粒的东西,享元顾名思义便是共享小部件,很多系统或者程序包含大量对象,但是这些对象绝大多数都是差不多的,除了一些极个别的属性外。

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场景复现

小喜负责团队的机器管理工作,包括测试机器的购买、借还等内容。机器的型号并不多,大约五六种。为了能够精确掌握每台机器的借还和使用情况,小喜通过如下方式设计数据管理模型:

class Device {
// 记录设备的基本信息
constructor(id, memory, frequency, processor, network, pixel, price, ...) {
this.id = id;
this.memory = memory;
this.frequency = frenquency;
this.processor = porcessor;
this.network = network;
this.pixel = pixel;
this.price = price;
// more attributes ...
}
checkout () {
this.hasCheckedOut = true;
this.checkoutDate = new Date();
}
giveback() {
this.hasCheckedOut = false;
this.checkoutDate = null;
}
// more methods ...
}

这个模型还算是比较简单明了的,每次购买机器入库都会执行:

var device = new Device(...);
DB.insert(device);

当有人借还设备时,便会执行:

var device = Database.query(deviceId);
// 借出
device.checkout();
// 归还
device.giveback();
DB.update(device);

随着团队规模的扩大,加上集团并购了几个小公司,团队对设备的需求量急剧上升,并且测试标准也有所提升,要求覆盖国内所有常见机型,大约 50 多种,每个机型需要购置大约 100 台机器,总量有 5000 多台。

此时,小喜有点头疼了。每台设备的描述信息和借还记录信息都储存在各自的 device 对象中,每个对象大约需要占用 10kb 的内存,5000 多台设备,算下来需要占用 50Mb 的内存。几千个大对象放在内存中,这种数据管理模式让小喜有点方,咨询了下坐在旁边的小天同学有没有什么策略可以改良。

小天在小喜的电脑前比划了几下,最后抛了一个媚眼,小喜立马就懂了。

定义数据模型,一个 Device 对象代表一种型号的设备:

class Device {
constructor(type, xxx, ..) {
this.type = type;
// 一种设备的全部基本信息
this.xxx = xxx;
}
}

使用 DevicePool 管理各种型号的设备:

class DevicePool {
// hash 表保存设备信息
devicePool = {};
create(type, xxx, ...) {
if (devicePool[type]) return devicePool[type];
const device = new Device(type, xxx, ...);
devicePool[type] = device;
return device;
}
}

设备的借还信息和其他信息,通过 DeviceManager 来管理:

class DeviceManager {
deviceManager = {};
// 借出时,添加借出记录
checkout (id, type, xxx, ...) {
const device = new DevicePool.create(type, xxx, ...);
deviceManager[id] = {
device: device,
hasCheckedOut = true,
checkoutDate = new Date();
};
}
// 归还时,删除借出记录
giveback(id, type) {
deviceManager[id].hasCheckedOut = false;
deviceManager[id].checkoutDate = null;
}
}

小喜看了看内存,设备对象从 50Mb 下降到了 2Mb,小喜激动得一晚上没睡着。

问题解析

小天当时告诉小喜,可以想办法减少内存中重复的内容,同一类型的设备描述是相同的,没必要在每个对象中都保存一份。使用单例模式储存设备元信息(Device 类),使用工厂模式复用一个类型的设备描述信息(DevicePool 类)。小喜一下子就懂了。

小喜通过 DevicePoolDeviceManager 将数据元信息和数据动态信息进行了有效的隔离,然后通过 checkoutgiveback 两个方法灵活地组合了这两类信息,组合的时候,有效地控制了内存的无效复制。

享元模式

享元模式的核心在于享元工厂类,享元工厂类的作用在于提供一个用于存储享元对象的享元池,用户需要对象时,首先从享元池中获取,如果享元池中不存在,则创建一个新的享元对象返回给用户,并在享元池中保存该新增对象。

在享元模式中有两个比较重要的关键词,内部变量和外部变量;内部变量是可以共享的属性集,而外部变量是对象之间的差异部分,通过相同+不同的方式组合诸多对象,可以有效地节省系统空间,降低内存大小。

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