浅谈Python设计模式 - 享元模式

声明：本系列文章主要参考《精通Python设计模式》一书，并且参考一些资料，结合自己的一些看法来总结而来。

享元模式：

享元模式是一种用于解决资源和性能压力时会使用到的设计模式，它的核心思想是通过引入数据共享来提升性能。

在开发3D游戏时，例如有成千上万的士兵或者有成千上万棵树，如果一个3D地带的每个对象都单独创建，不使用数据共享，那么性能是无法接受的。

故享元设计模式就是通过为相似对象映入数据共享来最小化内存的使用，提升性能。

既然要创建成千上万个士兵，那么若他们的数据属性行为都是一样的，那岂不是黏一块去了。这时候就会有：可变数据和不可变数据的概念。

即 -- 重点在于将不可变（可共享）的属性与可变的属性区分开。相同类型的对象共享不可变（可共享）的数据，而每个对象又有其独立的数据，这部分数据即为：可变的属性（不可共享数据）。

实现：

其实享元模式的实现与单例模式的实现方式十分相似，比如：单例模式实现的是一个类对象只允许有一个实例对象，而享元模式则是一个类对象只允许创建不同类型的对象，这样保证同一类型的对象共享不可变数据。

直接看书中代码吧：

from enum import Enum

TreeType = Enum('TreeType','apple_tree cherry_tree peach_tree')

class Tree:
    pool = dict()

    def __new__(cls, tree_type, *args,**kwargs):
        obj = cls.pool.get(tree_type,None)
        if not obj:
            obj = super().__new__(cls,*args, **kwargs)
            cls.pool[tree_type] = obj
            obj.tree_type = tree_type
        return obj

    def __init(self,size ):
        self.size = size
    
    def render(self,age,x,y):
        print('render a tree of type {} and age {} at ({},{})'.format(self.tree_type,age,x,y))

这样就实现了一个简单的享元模式：即通过其中的new魔法方法来限制类的实例化，只允许实例化不同类型的对象。

通过一个类型池，若需要实例化的类型在该类型池中，则直接返回该类型池中的对象，由于返回的是同一对象，故其共享不可变的属性（tree_type），而在执行完成new()方法之后，变化执行init魔法方法，则这时候该对象的属性便会发生改变，故不共享可变的属性（size）。

既然我们实现了一个简单的享元模式，那么怎么去使用它呢？

import random
from enum import Enum

def main():
    rnd = random.Random()
    age_min, age_max = 1, 30
    min_piont, max_point = 0, 100
    tree_counter = 0

    for _ in range(10):
        t1 = Tree(TreeType.apple_tree)
        t1.render(rnd.randint(age_min, age_max),
                rnd.randint(min_piont, max_point),
                rnd.randint(min_piont, max_point)
        )
        tree_counter += 1
    
    for _ in range(3):
        t1 = Tree(TreeType.cherry_tree)
        t1.render(rnd.randint(age_min, age_max),
                rnd.randint(min_piont, max_point),
                rnd.randint(min_piont, max_point)
        )
        tree_counter += 1
    
    for _ in range(5):
        t1 = Tree(TreeType.peach_tree)
        t1.render(rnd.randint(age_min, age_max),
                rnd.randint(min_piont, max_point),
                rnd.randint(min_piont, max_point)
        )
        tree_counter += 1
    
    print(Tree.pool)

if __name__ == '__main__':
    main()

在main（）中去创建10棵apple_tree，并且 为每个对象随机给不同的年龄、位置等，这样就可以在游戏中的不同的位置中渲染。

输出结果为：

render a tree of type TreeType.apple_tree and age 17 at (48,57)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 30 at (27,9)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 4 at (74,92)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 16 at (8,95)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 26 at (43,95)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 1 at (80,20)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 26 at (21,88)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 22 at (53,57)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 17 at (65,47)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 24 at (34,77)
render a tree of type TreeType.cherry_tree and age 18 at (71,41)
render a tree of type TreeType.cherry_tree and age 30 at (63,33)
render a tree of type TreeType.cherry_tree and age 13 at (56,53)
render a tree of type TreeType.peach_tree and age 27 at (44,80)
render a tree of type TreeType.peach_tree and age 21 at (29,60)
render a tree of type TreeType.peach_tree and age 14 at (62,52)
render a tree of type TreeType.peach_tree and age 20 at (37,63)
render a tree of type TreeType.peach_tree and age 7 at (30,8)
{<TreeType.apple_tree: 1>: <__main__.Tree object at 0x00000253D1183AC8>,
 <TreeType.cherry_tree: 2>: <__main__.Tree object at 0x00000253D1187080>, 
<TreeType.peach_tree: 3>: <__main__.Tree object at 0x00000253D1187978>}

其实可以发现同一类型的树对象，其ID均一样，而其size属性却不一样，这是由于在执行init方法时，返回类型池中的对象后，在进行初始化会size属性会覆盖前面返回的对象的size属性值。

总结：

该示例中，在new方法中实现类不可变数据的共享。

在init方法中实现了可变数据的独立，即不共享。

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