2022-09-21设计模式00
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Flyweight(享元模式)

Flyweight(享元模式)属于结构型模式,是一种共享对象的设计模式。

意图:运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

举例子

如果看不懂上面的意图介绍,没有关系,设计模式需要在日常工作里用起来,结合例子可以加深你的理解,下面我准备了三个例子,让你体会什么场景下会用到这种设计模式。

富文本编辑器的字母对象

富文本编辑器在英文环境下,其中的文本由大量字母组成,为了便于做统一的格式化、计算等处理,需要将每个字母都存储为对象,但这样存储的代价太大了。

已知英文字母一共 26 个,所以文档中存在大量重复使用的字母,而每个字母除了位置信息外,其它信息都是相同且只读的,那么有办法降低富文本场景巨大的字母对象数量吗?

网盘存储

当我们上传一部电影时,有时候几十 GB 的内容不到一秒就上传完了,这是网盘提示你,“已采用极速技术秒传”,你会不会心生疑惑,这么厉害的技术为什么不能每次都生效?

另外,网盘存储时,同一部电影可能都会存放在不同用户的不同文件夹中,而且电影文件又特别巨大,和富文本类似,电影文件也只有存放位置是不同的,而其余内容都特别巨大且只读,有什么办法能优化存储呢?

大型多人游戏

玩多人游戏时,为了防止外挂,一般对象的创建与计算是在服务器完成的,那如何保证一个玩家拾取物品后,另一个玩家看到的物品会消失?

其实道理已经不言而喻了,虽然在不同客户端之间,游戏对象是相互独立的,但在一局游戏中,所有玩家的对象在服务器是共享的。

意图解释

“共享” 就是享元模式的精髓,将那些大量的,具有很多内部状态而外部状态很少的对象进行共享,就是享元模式的使用方式。

意图:运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

共享技术可以理解为缓存,当一个对象创建后,再次访问相同对象时,就不再创建新的对象了,而只有在访问没有被缓存过的对象时,才创建新对象,并立即缓存起来。

这样做可以有效支持大量细粒度的对象,在富文本例子中,无数的字母就是大量细粒度对象,在网盘存储中,电影文件就是大量细粒度对象,在大型多人游戏中,每局游戏内存在大量细粒度对象

这些细粒度对象都拥有相同的特征:

  • 量特别大,这个很容易理解。
  • 具有大量内部状态,且不随着客户端的不同而改变。
    • 富文本的字母,不因为展示到不同语句中而发生变化,变化的只有状态;电影文件,不因为放在不同用户的文件夹中而对电影内容产生变化,变化的只有属于哪些用户,放在哪些文件夹里;多人游戏中,同一把武器对象,不因为有多个人的电脑独立运行而拥有更多的弹药,变化的只有在哪些客户端被访问。
  • 具有少量外部状态,甚至没有外部状态。在上面已经解释了,字母的位置、电影的位置、游戏对象的客户端都是外部状态,这些外部状态相比于其内部状态来说,大小微乎其微,且方便分离存储。

遇到这种情况,我们就可以将对象内部状态共享,外部状态独立存储,从而节省大量空间。

尤其是对于网盘的场景,承诺给用户 2 TB 的存储空间,这个用户看到其他人分享了 100 个电影,就点击 “下载到我的网盘”,此时虽然占用了自己 1 TB 的网盘空间,但实际上网盘运营商并没有增加 1 TB 的存储空间,实际可能增加了 1kb 的存储空间,记录了存储位置,这就是网盘鸡贼的地方,并不占用空间的内容,却占用了用户真金白银购买的存储空间。

当然,这就是享元模式的价值,对网盘公司来说,价值巨大,对用户来说,没有价值。所以享元模式的价值体现在全局,比如对整个富文本编辑器来说,减少了巨量字母对象数量,但对于每一个字母对象而言,并没有任何优化。

结构图

对于 Client 而言,下图描述了如何共享 Flyweight:

  • Flyweight: 共享接口,通过这个接口可以操作对象的外部状态。
  • ConcreteFlyweight: 实现 Flyweight 接口的对象,这个对象是可被共享的。
  • UnsharedConcreteFlyweight: 不被共享的对象,因为在享元模式中,实际上并不是所有对象都可以被共享。
  • FlyweightFactory: 创建并管理 Flyweight 对象,通过其返回的 Flyweight 对象,如果已创建,则会返回之前创建的那个,没有的话才会创建一个新的。
  • Client: 使用 Flyweight 的客户端。

通过第二个图可以明显看到,两个不同的 Client 持有了相同 aConcreteFlyweight 引用。

代码例子

下面例子使用 typescript 编写。

class FlyweightFactory {
  public getFlyWeight(key) {
    if (this.flyweight[key]) {
      return this.flyweight[key]
    }

    const flyweight = new Flyweight()
    this.flyweight[key] = flyweight
    return flyweight
  }
}

FlyweightFactory 提供的 getFlyWeight 方法,实际上是按照 keyflyweight 实例进行缓存,相同 key 下只存储一个 flyweight 实例。

弊端

如果细粒度对象不多,则没必要使用享元模式。

另外,就算细粒度对象很多,如果对象内部状态并不多,主要都是外部状态,那么享元模式就起不到什么作用了,因为享元模式通过共享对象,只能节省内部状态,而不能节省外部状态。

另外,如果享元模式映射到的共享对象数量并没有比原始对象少出数量级关系,使用的意义也不大。比如富文本编辑器的例子,对于英文来说,一共就 26 个字母,那么 1 万字的文章优化比例是 10000:26,但对于中文文章而言,文字实例本身就很多,可能 1 万字的文章中,汉字去重后依然有 3000 个,那么优化比例就是 10000:3000,此时享元模式的意义就没那么大了。

总结

享元模式的本质就是尽可能的共享对象,特别适用于存在大量细粒度对象,而这些对象内部状态特别多,外部状态较少的场景。

对于云存储来说,享元模式是必须使用的,因为云存储的场景决定了,存在大量细粒度文件对象,而存在大量只读的文件,就非常适合共享一个对象,每个用户存储的只是引用。

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本文作者:前端小毛

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