js设计模式之享元模式

一. 认识享元模式

享元模式：是一种用于性能优化的模式，其核心是运用共享技术来有效支持大量细粒度的对象。

通俗点来讲就是找出事物很多属性中属性分类最少的一种，利用属性值的个数来分类。比如说有这么一个例子，假如一个工厂需要 20 个男性模特和 20 个女性模特需要穿上 40 件新款衣服拍照做宣传，如果我们不使用享元模式，则需要聘请 40 位模特，这会造成巨大的经济损失，也没有必要，如果使用享元模式通过性别来区分，则只需要一男一女两个模特。下面我们来看代码实现。

二. 代码具体实现

1. 不使用享元模式实现上述案例

分析：这是正常的代码实现，我们一共创建了 40 个对象，我们日常编写代码可能不会注意这种情况，但是在实际开发中如果遇到创建几万个甚至几十万个对象，就会造成严重的性能损耗，浪费内存。

        let Model = function(sex, underwear) {
            this.sex = sex;
            this.underwear = underwear;
        }
        Model.prototype.takePhoto = function () {
            console.log('sex=' + this.sex + 'underwear = ' + this.underwear);
        }

        for(let i = 0; i < 20 ; i++){
            new Model('男',  'underwear' + i).takePhoto();
        }
        for(let i = 0; i < 20 ; i++){
            new Model('女',  'underwear' + i).takePhoto();
        }

2. 使用享元模式重构上述代码

分析：代码重构后，我们只创建了两个对象便完成了同样的任务，无论需要多少对象，但是我们只需要创建两个对象，大大提高了性能。

        let ModelR = function( sex ) {
            this.sex = sex;
        }
        let ModelF = new ModelR( '女' );
        let ModelM = new ModelR('男');

        ModelR.prototype.takePhoto = function () {
            console.log('sex=' + this.sex + 'underwear = ' + this.underwear);
        }
        for(let i = 0; i < 20 ; i++) {
            ModelF.underwear = 'underwear' + i;
            ModelF.takePhoto();
        }
        for(let i = 0; i < 20 ; i++) {
            ModelM.underwear = 'underwear' + i;
            ModelM.takePhoto();
        }

总体分析：现在我们对享元模式有了一个大致的了解，思想其实很简单，利用所有对象相同的属性来初始化创建对象，上述例子中利用人的性别这个属性来创建对象，而性别这个属性只有男女这两种，因此我们只需要创建两个对象，将衣服作为其他不同的属性添加到对象中便完成了对象的替换，相当于拥有 40 个不同的对象，但是实际只创建了两个。

因此，我们就引出了一个新的概念，内部状态与外部状态。

3. 享元模式的状态

• 内部状态：也就是我们上文提到的属性分类最少的一种，也就是性别，只有两种，可以被对象共享。
• 外部状态：其他属性，不能被共享。

结论：剥离了外部状态的对象成为了共享对象，外部对象在必要时被传入共享对象来组装成一个完整的对象，组装外部对象需要花费一定的时间，但节省了大量内存损耗，因此，享元模式是一种时间换空间的优化模式。

三. 享元模式实际应用

        假如我们需用对文件上传，现在假设有两种上传方式 flash 和 plugin，每一次上传都对应一次 js 对象的创建，如果我们按部就班，当大量文件上传时就会造成浏览器假死状态，因此我们用享元模式来设计代码，首先我们来确定文件的内部状态和外部状态，我们思考下文件有什么属性，文件大小，文件类型，文件上传方式，文件大小和文件类型都是不可控属性，文件上传方式只有两种，因此将文件上传方式作为外部状态，现在我们来编写代码。

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

        Upload.prototype.delFile = function( id ) {
            uploadManager.setExternalState(id, this);
            if(this.fileSize < 3000) {
                return this.dom.parentNode.removeChild(this.dom);
            }
        }
        // 使用工厂模式来创建对象
        let UploadFactory = function() {
            let cache = {};
            return {
                create(uploadType) {
                    if(cache[uploadType]){
                        return cache[uploadType];
                    }
                    return cache[uploadType] = new Upload( uploadType );
                }
            }
        }()

        // 创建一个管理器封装外部状态
        let uploadManager = function() {
            uploadDatabase = {};

            return {
                add(id, uploadType, fileName, fileSize){
                    let uploadObj = UploadFactory.create( uploadType );
                    let dom = document.createElement('div');
                    dom.innerHTML = `文件名称： ${ fileName },文件大小：${fileSize} 删除`;
                    dom.querySelector('#del').onclick = function() {
                        uploadObj.delFile( id );
                    }

                    document.body.appendChild( dom );

                    uploadDatabase[ id ] = {
                        fileName,
                        fileSize,
                        dom
                    }
                    return uploadObj;
                },
                setExternalState(id, uploadObj){
                    let uploadData = uploadDatabase[id];
                    for(let i in uploadData) {
                        uploadObj[i] = uploadData[i];
                    }
                }
            }
        }();

        let id = 0;
        window.startUpload = function(uploadType, files) {
            for(let i = 0,file; file = files[i++];){
                let uploadObj = uploadManager.add(++id, uploadType, file.fileName, file.fileSize);
                // 进行上传
            }
        };
        startUpload('plugin', [
            {
                fileName: '1.txt',
                fileSize: 1000
            },
            {
                fileName: '2.txt',
                fileSize: 1000
            },
            {
                fileName: '3.txt',
                fileSize: 3000
            }
        ])
        startUpload('flash', [
            {
                fileName: '4.txt',
                fileSize: 1000
            },
            {
                fileName: '5.txt',
                fileSize: 1000
            },
            {
                fileName: '6.txt',
                fileSize: 3000
            }
        ])

扩展：再谈内部状态和外部状态

        现在我们思考下，如果没有内部状态或者没有外部状态那该怎么办。

• 没有内部状态享元：此时，所有属性作为外部享元，相当于内部享元只有一种空，因此我们只需要创建一个对象，此时便相当于之前所提到的单例模式。
• 没有外部状态享元：这时引入一个新的概念，对象池。

四. 对象池

        对象池的应用十分广泛，数据库的连接池就是其重要用武之地。对象池的大多数使用场景就是 DOM 操作，因为 DOM 的创建和删除是 js 种最消耗性能的操作。

理解对象池非常简单，比如说我们想做一个圆形的月饼，只需要制造一个圆形的模具便可以做无数的圆形月饼，当我们想做方形月饼时，只需要制造一个方形模具，同时将圆形模具保留下来，等再次使用时拿出来直接用便可。对象池就是这样的原理，我们看一下其通用实现代码。

       let objectPoolFactory = function( fn ) {
            let pool = [];
            return {
                create(...args){
                    let obj = (pool.length === 0)? fn.apply(this, args) : pool.shift();
                    return obj;
                },
                recover(obj) {
                    pool.push(obj);
                }
            }
        }

 实际应用

        我们在地图上搜索几个不同的位置，第一次搜索显示北京的两个景区位置，第二次搜索北京三个饭店的位置。

        分析：第一次需要两个 DOM 节点，因此创建两个节点，之后将其回收，第二次需要三个DOM节点，使用之前的两个，只需要再创建一个新的节点便可，大大提高了代码性能。

        // 创建 dom 节点
        let createDomFactory = objectPoolFactory(()=>{
            let div = document.createElement('div');
            document.body.appendChild(div);
            return div;
        });

        let ary = []; // 用于回收
        let name = ['天安门', "长城"];
        for(let i = 0, l= name.length; i < l ;i++){
            let dom = createDomFactory.create();
            dom.innerHTML = name[i];
            ary.push(dom);
        }

        for(let i = 0, l = ary.length; i < l ; i ++ ){
            createDomFactory.recover(ary[i]);
        }
        let name1 = ["饭店1", "饭店2", "饭店3"];
        for(let i = 0, l = name1.length; i < l; i++) {
            let dom = createDomFactory.create();
            dom.innerHTML = name1[i];
        }

五. 总结

        享元模式是一种很好的性能优化方案，但也会带来一些复杂性问题，因此需要选择合适的时机使用享元模式，比如：

1. 一个程序种使用了大量相似对象
2. 使用大量对象造成很大内存开销
3. 对象大多数状态都可以变为外部状态
4. 剥离出外部对象之后，可以用相对较少的共享对象取代大量的对象