JavaScript 设计模式(中)——9.享元模式

作者: GeekLeng | 来源:发表于2019-12-22 17:25 被阅读0次

9 享元模式

享元（ flyweight）模式是一种用于性能优化的模式，享元模式的核心是运用共享技术来有效支持大量细粒度的对象；

9.1 享元模式简单示例

假设目前加工好了50件男士外套和50件女士外套，需要使用塑料模特拍照，正常情况下需要 50 个男模特和 50 个女模特，然后让他们每人分别穿上一件外套来拍照。不使用享元模式的情况下，在程序里也许会这样写：

var Model = function( sex, underwear){
  this.sex = sex;
  this.underwear= underwear;
};
Model.prototype.takePhoto = function(){
  console.log( 'sex= ' + this.sex + ' underwear=' + this.underwear);
};
for ( var i = 1; i <= 50; i++ ){
  var maleModel = new Model( 'male', 'underwear' + i );
  maleModel.takePhoto();
};
for ( var j = 1; j <= 50; j++ ){
  var femaleModel= new Model( 'female', 'underwear' + j );
  femaleModel.takePhoto();
};

考虑一下如何优化这个场景，其实男模特和女模特各自有一个就足够，代码调整如下：

var Model = function( sex ){ this.sex = sex; };
Model.prototype.takePhoto = function(){
  console.log( 'sex= ' + this.sex + ' underwear=' + this.underwear);
};
var maleModel = new Model( 'male' ), femaleModel = new Model( 'female' );
for ( var i = 1; i <= 50; i++ ){
  maleModel.underwear = 'underwear' + i;
  maleModel.takePhoto();
};
for ( var j = 1; j <= 50; j++ ){
  femaleModel.underwear = 'underwear' + j;
  femaleModel.takePhoto();
};

9.2 内部状态与外部状态

享元模式要求将对象的属性划分为内部状态与外部状态（状态在这里通常指属性），享元模式的目标是尽量减少共享对象的数量；

1.如何划分内部状态和外部状态：

内部状态存储于对象内部；
内部状态可以被一些对象共享；
内部状态独立于具体的场景，通常不会改变；
外部状态取决于具体的场景，并根据场景而变化，外部状态不能被共享；

这样便可以把所有内部状态相同的对象都指定为同一个共享的对象。而外部状态可以从对象身上剥离出来，并储存在外部。剥离了外部状态的对象成为共享对象，外部状态在必要时被传入共享对象来组装成一个完整的对象；组装外部状态成为一个完整对象的过程需要花费一定的时间，但却可以大大减少系统中的对象数量，因此享元模式是一种用时间换空间的优化模式；

分析上面的例子：

在上面的例子中，性别是内部状态，外套是外部状态，通过区分这两种状态，大大减少了系统中的对象数量。通常来讲，内部状态有多少种组合，系统中便最多存在多少个对象，因为性别通常只有男女两种，所以最多只需要 2 个对象；

在上面的例子中，存在的一些问题以及解决方法：

通过构造函数显式 new 出了男女两个 model 对象，在其他系统中，并不是一开始就需要所有的共享对象；因此通过一个对象工厂来解决，只有当某种共享对象被真正需要时，它才从工厂中被创建出来；
给 model 对象手动设置了 underwear 外部状态，在更复杂的系统中，这不是一个最好的方式，因为外部状态可能会相当复杂，它们与共享对象的联系会变得困难；因此用一个管理器来记录对象相关的外部状态，使这些外部状态通过某个钩子和共享对象联系起来；

9.3 文件上传的例子

实现多个文件的上传，上传成功文件后展示文件的信息，并支持删除文件的功能；

文件上传基本实现代码：

//  定义 Upload 构造函数，它接受 3 个参数，分别是插件类型、文件名和文件大小
var Upload = function( uploadType, fileName, fileSize ){
  this.uploadType = uploadType;
  this.fileName = fileName;
  this.fileSize = fileSize;
  this.dom= null;
};
//  upload 对象init函数
Upload.prototype.init = function( id ){
  var that = this;
  this.id = id;
  this.dom = document.createElement( 'div' );
  this.dom.innerHTML =
    '<span>文件名称:'+ this.fileName +', 文件大小: '+ this.fileSize +'</span>' +
    '<button class="delFile">删除</button>';
  this.dom.querySelector( '.delFile' ).onclick = function(){ that.delFile(); }
  document.body.appendChild( this.dom );
};
// upload 对象删除文件的功能
Upload.prototype.delFile = function(){
  if ( this.fileSize < 3000 ){
    return this.dom.parentNode.removeChild( this.dom );
  }
  if ( window.confirm( '确定要删除该文件吗? ' + this.fileName ) ){
    return this.dom.parentNode.removeChild( this.dom );
  }
};
// 当选择了文件并确认上传后，调用 Window 下的一个全局函数 startUpload，用户选择的文件列表被组合成一个数组 files 塞进该函数的参数列表里，代码如下：
var id = 0;
window.startUpload = function( uploadType, files ){ // uploadType 区分是控件还是 flash
  for ( var i = 0, file; file = files[ i++ ]; ){
  var uploadObj = new Upload( uploadType, file.fileName, file.fileSize );
    uploadObj.init( id++ ); // 给 upload 对象设置一个唯一的 id
  }
};

// 插件类型上传文件
startUpload( 'plugin', [
  { fileName: '1.txt', fileSize: 1000 },
  { fileName: '2.html', fileSize: 3000 },
  { fileName: '3.txt', fileSize: 5000 }
]);
// Flash类型上传文件
startUpload( 'flash', [
  { fileName: '4.txt', fileSize: 1000 },
  { fileName: '5.html', fileSize: 3000 },
  { fileName: '6.txt', fileSize: 5000 }
]);

该方式的文件上传中，若一次性上传很多个文件时，每一个文件对应一个上传对象，这种对象爆炸的问题会使得浏览器崩溃；

享元模式重构文件上传：

在文件上传的例子里， upload 对象必须依赖 uploadType 属性才能工作，这是因为插件上传、Flash 上传、表单上传的实际工作原理有很大的区别，它们各自调用的接口也是完全不一样的，因此 uploadType 作为内部状态，把其他的外部状态从构造函数中抽离出来，Upload 构造函数中只保留 uploadType 参数；

var Upload = function( uploadType){
  this.uploadType = uploadType;
};

同时 Upload.prototype.init 函数也不再需要，因为 upload 对象初始化的工作被放在了 upload�Manager.add 函数里面，接下来只需要定义 Upload.prototype.del 函数即可：

Upload.prototype.delFile = function( id ){
  uploadManager.setExternalState( id, this ); // 表示把当前 id 对应的对象的外部状态都组装到共享对象中
  if ( this.fileSize < 3000 ){
    return this.dom.parentNode.removeChild( this.dom );
  }
  if ( window.confirm( '确定要删除该文件吗? ' + this.fileName ) ){
  return this.dom.parentNode.removeChild( this.dom );
}

工厂进行对象实例化：定义一个工厂来创建 upload 对象，如果某种内部状态对应的共享对象已经被创建过，那么直接返回这个对象，否则创建一个新的对象：

var UploadFactory = (function(){
  var createdFlyWeightObjs = {};
  return {
    create: function( uploadType){
    if ( createdFlyWeightObjs [ uploadType] ){
      return createdFlyWeightObjs [ uploadType];
    }
      return createdFlyWeightObjs [ uploadType] = new Upload( uploadType);
    }
  }
})();

管理器封装外部状态： uploadManager 对象负责向 UploadFactory 提交创建对象的请求，并用一个 uploadDatabase 对象保存所有 upload 对象的外部状态，以便在程序运行过程中给 upload 共享对象设置外部状态，代码如下：

var uploadManager = (function(){
  var uploadDatabase = {};
  return {
    // 创建上传文件函数
    add: function( id, uploadType, fileName, fileSize ){
      var flyWeightObj = UploadFactory.create( uploadType );
      var dom = document.createElement( 'div' );
      dom.innerHTML =
      '<span>文件名称:'+ fileName +', 文件大小: '+ fileSize +'</span>' +
      '<button class="delFile">删除</button>';
      dom.querySelector( '.delFile' ).onclick = function(){ flyWeightObj.delFile( id ); }
      document.body.appendChild( dom );
      uploadDatabase[ id ] = { fileName: fileName, fileSize: fileSize, dom: dom };
      return flyWeightObj ;
    },
    setExternalState: function( id, flyWeightObj ){
      var uploadData = uploadDatabase[ id ];
      for ( var i in uploadData ){ flyWeightObj[ i ] = uploadData[ i ]; }
    }
  }
})();

接着是触发上传动作的 startUpload 函数：

var id = 0;
window.startUpload = function( uploadType, files ){
  for ( var i = 0, file; file = files[ i++ ]; ){
    var uploadObj = uploadManager.add( ++id, uploadType, file.fileName, file.fileSize );
  }
};

最后测试，运行下面的代码后，可以发现运行结果跟用享元模式重构之前一致：

// 插件类型上传文件
startUpload( 'plugin', [
  { fileName: '1.txt', fileSize: 1000 },
  { fileName: '2.html', fileSize: 3000 },
  { fileName: '3.txt', fileSize: 5000 }
]);
// Flash类型上传文件
startUpload( 'flash', [
  { fileName: '4.txt', fileSize: 1000 },
  { fileName: '5.html', fileSize: 3000 },
  { fileName: '6.txt', fileSize: 5000 }
]);

9.4 享元模式的适用性

享元模式的适用场景：

一个程序中使用了大量的相似对象；
由于使用了大量对象，造成很大的内存开销；
对象的大多数状态都可以变为外部状态；
剥离出对象的外部状态之后，可以用相对较少的共享对象取代大量对象；

9.5 再谈内部状态和外部状态

实现享元模式的关键是把内部状态和外部状态分离开来。有多少种内部状态的组合，系统中便最多存在多少个共享对象，而外部状态储存在共享对象的外部，在必要时被传入共享对象来组装成一个完整的对象；现在来考虑两种极端的情况，即对象没有外部状态和没有内部状态的时候；

没有内部状态的享元：

没有外部状态的享元：

2.9.6 对象池

对象池维护一个装载空闲对象的池子，如果需要对象的时候，不是直接 new ，而是转从对象池里获取。如果对象池里没有空闲对象，则创建一个新的对象，当获取出的对象完成它的职责之后，再进入池子等待被下次获取。

对象池实现：

假设在一个地图应用中，地图上经常会出现一些标志地名的小气泡，当搜索附近地图的时候，页面里出现了 2 个小气泡。当我再搜索附近的其他地点时，页面中出现了 6 个小气泡。按照对象池的思想，在第二次搜索开始之前，并不会把第一次创建的2 个小气泡删除掉，而是把它们放进对象池；这样在第二次的搜索结果页面里，只需要再创建 4 个小气泡而不是 6 个；

// 1. 定义一个获取小气泡节点的工厂，作为对象池的数组成为私有属性被包含在工厂闭包,该工厂的 create 方法表示获取一个 div 节点， recover 方法表示回收一个 div 节点：var toolTipFactory = (function(){
var toolTipFactory = (function(){
  var toolTipPool = []; // toolTip 对象池
  return {
    create: function(){
      if ( toolTipPool.length === 0 ){ // 如果对象池为空
        var div = document.createElement( 'div' ); // 创建一个 dom
        document.body.appendChild( div );
        return div;
      }else{ // 如果对象池里不为空
        return toolTipPool.shift(); // 则从对象池中取出一个 dom
      }
    },
    recover: function( tooltipDom ){
      return toolTipPool.push( tooltipDom ); // 对象池回收 dom
    }
  }
})();
// 2. 创建 2 个小气泡节点，并用一个数组 ary 来记录它们
var ary = [];
for ( var i = 0, str; str = [ 'A', 'B' ][ i++ ]; ){
  var toolTip = toolTipFactory.create();
  toolTip.innerHTML = str;
  ary.push( toolTip );
};
// 3. 假设地图需要开始重新绘制，在此之前要把这两个节点回收进对象池：
for ( var i = 0, toolTip; toolTip = ary[ i++ ]; ){
  toolTipFactory.recover( toolTip );
};
// 4. 再创建 6 个小气泡：
for ( var i = 0, str; str = [ 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F' ][ i++ ]; ){
  var toolTip = toolTipFactory.create();
  toolTip.innerHTML = str;
};

9.6 享元模式小结

享元模式是为解决性能问题而生的模式，在一个存在大量相似对象的系统中，享元模式可以很好地解决大量对象带来的性能问题；

系列链接

本文主要参考了《JavaScript设计模式和开发实践》一书

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本文标题：JavaScript 设计模式(中)——9.享元模式

本文链接：https://www.haomeiwen.com/subject/tytnnctx.html

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