JavaScript设计模式———享元模式
享元模式是一种优化程序性能的模式, 本质为减少对象创建的个数。
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。
例子：
某商家有 50 种男款内衣和 50 种款女款内衣, 要展示它们
传统方式: 造 50 个塑料男模和 50 个塑料女模, 让他们穿上展示, 代码如下:
const Model = function(gender, underwear) {
this.gender = gender
this.underwear = underwear
}
Model.prototype.takephoto = function() {
console.log(`${this.gender}穿着${this.underwear}`)
}
for (let i = 1; i < 51; i++) {
const maleModel = new Model('male', `第${i}款衣服`)
maleModel.takephoto()
}
for (let i = 1; i < 51; i++) {
const female = new Model('female', `第${i}款衣服`)
female.takephoto()
}
享元模式: 造 1 个塑料男模特 1 个塑料女模特, 分别试穿 50 款内衣
const Model = function(gender) {
this.gender = gender
}
Model.prototype.takephoto = function() {
console.log(`${this.sex}穿着${this.underwear}`)
}
const maleModel = new Model('male')
const femaleModel = new Model('female')
for (let i = 1; i < 51; i++) {
maleModel.underwear = `第${i}款衣服`
maleModel.takephoto()
}
for (let i = 1; i < 51; i++) {
femaleModel.underwear = `第${i}款衣服`
femaleModel.takephoto()
}
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，关于如何划分内部状态和外部状态，下面的几条经验提供了一些指引。
- 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。
这样一来，我们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。虽然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，相比之下，这点时间或许是微不足道的。因此，享元模式是一种用时间换空间的优化模式。
在上面的例子中，性别是内部状态，内衣是外部状态，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，所以该内衣厂商最多只需要 2 个对象。
享元模式的通用结构
在这个例子中还存在以下两个问题：
- 我们通过构造函数显式 new 出了男女两个 model 对象，在其他系统中，也许并不是一开始就需要所有的共享对象。
- 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。
解决方法
- 我们通过一个对象工厂来解决第一个问题，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。
- 对于第二个问题，可以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。
享元模式的通用结构例子如下：
const Model = function(gender) {
this.gender = gender
}
Model.prototype.takephoto = function() {
console.log(`${this.gender}穿着${this.underwear}`)
}
const modelFactory = (function() { // 优化第一点
const modelGender = {}
return {
createModel: function(gender) {
if (modelGender[gender]) {
return modelGender[gender]
}
return modelGender[gender] = new Model(gender)
}
}
}())
const modelManager = (function() {
const modelObj = {}
return {
add: function(gender, i) {
modelObj[i] = {
underwear: `第${i}款衣服`
}
return modelFactory.createModel(gender)
},
copy: function(model, i) { // 优化第二点
model.underwear = modelObj[i].underwear
}
}
}())
for (let i = 1; i < 51; i++) {
const maleModel = modelManager.add('male', i)
modelManager.copy(maleModel, i)
maleModel.takephoto()
}
for (let i = 1; i < 51; i++) {
const femaleModel = modelManager.add('female', i)
modelManager.copy(femaleModel, i)
femaleModel.takephoto()
}
享元模式的适用性
元模式是一种很好的性能优化方案，但它也会带来一些复杂性的问题，从前面两组代码的比较可以看到，使用了享元模式之后，我们需要分别多维护一个 factory 对象和一个 manager 对象，在大部分不必要使用享元模式的环境下，这些开销是可以避免的。
享元模式带来的好处很大程度上取决于如何使用以及何时使用，一般来说，以下情况发生时便可以使用享元模式。
- 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。
再谈内部状态和外部状态
-
没有内部状态的享元
当对象没有内部状态的时候，生产共享对象的工厂实际上变成了一个单例工厂。虽然这时候的共享对象没有内部状态的区分，但还是有剥离外部状态的过程，我们依然倾向于称之为享元模式。 -
没有外状态的享元
public class Test {
public static void main( String args[] ){
String a1 = new String( "a" ).intern();
String a2 = new String( "a" ).intern();
System.out.println( a1 == a2 ); // true
}
}
在这段 Java 代码里，分别 new 了两个字符串对象 a1 和 a2。 intern 是一种对象池技术， new String(“a”).intern()的含义如下。
如果值为 a 的字符串对象已经存在于对象池中，则返回这个对象的引用。
反之，将字符串 a 的对象添加进对象池，并返回这个对象的引用。
所以 a1 == a2 的结果是 true，但这并不是使用了享元模式的结果，享元模式的关键是区别内部状态和外部状态。享元模式的过程是剥离外部状态，并把外部状态保存在其他地方，在合适的时刻再把外部状态组装进共享对象。这里并没有剥离外部状态的过程， a1 和 a2 指向的完全就是同一个对象，所以如果没有外部状态的分离，即使这里使用了共享的技术，但并不是一个纯粹的享元模式。
对象池技术
前面已经提到了 Java 中 String 的对象池，下面就来学习这种共享的技术。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。
对象池是另外一种性能优化方案，它跟享元模式有一些相似之处，但没有分离内部状态和外部状态这个过程。
总结
享元模式是为解决性能问题而生的模式，这跟大部分模式的诞生原因都不一样。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。
