JavaScript设计模式-结构型-享元模式

概要

享元模式是一种结构型设计模式， 它摒弃了在每个对象中保存所有数据的方式， 通过共享多个对象所共有的相同状态， 让你能在有限的内存容量中载入更多对象。

享元（flyweight）模式是一种用于性能优化的模式，“fly”在这里是苍蝇的意思，意为蝇量级。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。

如果系统中因为创建了大量类似的对象而导致内存占用过高，享元模式就非常有用了。在JavaScript 中，浏览器特别是移动端的浏览器分配的内存并不算多，如何节省内存就成了一件非常有意义的事情。

问题

小黄负责公司测试机器的管理工作，包括购买新机，借出和归还等工作，在机型不多的情况下，为了管理好，他通过以下程序来进行管理

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 ...
}

代码还算是比较简单明了的，每次购买机器入库都会执行：

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

有人借还设备时，便会执行：

let device = Database.query(deviceId);

// 借出
device.checkout();

// 归还
device.giveback();

DB.update(device);

但是随着团队变大，人员增多，设备的需求量急剧上升。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。

这个时候小黄头都大了，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，这种数据管理模式需要持续的大内存，会带来一系列问题。

解决方案

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;
  }
}

设备对象从 50Mb 下降到了 2Mb

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）

通过 DevicePool 和 DeviceManager 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 checkout 和 giveback 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。

总结

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。

优缺点

• 优点
  • 享元模式的优点在于它可以极大减少内存中对象的数量，使得相同对象或相似对象在内存中只保存一份。
  • 享元模式的外部状态相对独立，而且不会影响其内部状态，从而使得享元对象可以在不同的环境中被共享。
• 缺点
  • 享元模式使得系统更加复杂，需要分离出内部状态和外部状态，这使得程序的逻辑复杂化。
  • 为了使对象可以共享，享元模式需要将享元对象的状态外部化，而读取外部状态使得运行时间变长。

适合应用场景

• 一个系统有大量相同或者相似的对象，由于这类对象的大量使用，造成内存的大量耗费。
• 对象的大部分状态都可以外部化，可以将这些外部状态传入对象中。
• 使用享元模式需要维护一个存储享元对象的享元池，而这需要耗费资源，因此，应当在多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。