設計模式系列13--享元模式

時間  2019-11-17
標籤 設計 模式 系列 简体版
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image

咱們來作一個很簡單的小程序：在界面上隨機顯示10萬朵小花，這些小花只有6種樣式。如圖所示：javascript

image

一看，這還不簡單，直接建立10w個imageview顯示不就是了，代碼以下：java

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];

//使用普通模式
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        @autoreleasepool {
            CGRect screenBounds = [[UIScreen mainScreen] bounds];
            CGFloat x = (arc4random() % (NSInteger)screenBounds.size.width);
            CGFloat y = (arc4random() % (NSInteger)screenBounds.size.height);
            NSInteger minSize = 10;
            NSInteger maxSize = 50;
            CGFloat size = (arc4random() % (maxSize - minSize + 1)) + minSize;
            CGRect area = CGRectMake(x, y, size, size);

            FlowerType flowerType = arc4random() % kTotalNumberOfFlowerTypes;
            //新建對象
            UIImageView *imageview = [self flowerViewWithType:flowerType];
            imageview.frame = area;
            [self.view addSubview:imageview];
        }
    }
}

- (UIImageView *)flowerViewWithType:(FlowerType)type
{
    UIImageView *flowerView = nil;
    UIImage *flowerImage;

    switch (type)
    {
        case kAnemone:
            flowerImage = [UIImage imageNamed:@"anemone.png"];
            break;
        case kCosmos:
            flowerImage = [UIImage imageNamed:@"cosmos.png"];
            break;
        case kGerberas:
            flowerImage = [UIImage imageNamed:@"gerberas.png"];
            break;
        case kHollyhock:
            flowerImage = [UIImage imageNamed:@"hollyhock.png"];
            break;
        case kJasmine:
            flowerImage = [UIImage imageNamed:@"jasmine.png"];
            break;
        case kZinnia:
            flowerImage = [UIImage imageNamed:@"zinnia.png"];
            break;
        default:
            break;
    }

    flowerView = [[UIImageView alloc]initWithImage:flowerImage];

    return flowerView;
}複製代碼

以爲很好對吧？來，看看app佔用的內存，如圖：小程序

image

佔用內存153M，這還不把人嚇死，這才一個頁面，要是再多來兩個頁面，那app還不直接把內存撐爆啊。後端

咱們使用instrument工具分析下，究竟是哪裏佔用了過多的內存。截圖以下：設計模式

image

能夠看到內存的消耗主要是調用方法[self flowerViewWithType:flowerType]建立UIImageView致使的，進入這個方法再看看具體的內存分配，如圖：數組

image

咱們知道UIImageview的建立是很消耗內存的，這一會兒建立10w個，內存佔用可想而知。緩存

那怎麼解決呢？app

分析知道，屏幕上的10W朵小花只有6種樣式，只是在屏幕顯示的位置不一樣。那能不能只建立6個UIImageview顯示小花，而後重複利用這些UIImageView呢？iview

答案是確定的，這就須要用到咱們要講的設計模式：享元模式。下面具體看看dom

定義

運用共享技術有效地支持大量細粒度的對象。

分析下上面的需求，咱們須要建立10w個uiimageview來顯示小花，其實這些小花樣式大多都是重複的，只是位置不一樣，形成了內存浪費，解決方案就是緩存這些細粒度對象，讓他們之建立一次，後續要使用直接從緩存中取就能夠了。

可是要注意不是任何對象均可以緩存的，由於緩存的是對象的實例，實例存放的是屬性，若是這些屬性不斷改變，那麼緩存中的數據也必須跟着改變，那緩存就沒有意義了。

因此咱們須要把一個對象分爲兩個部分：不變和改變的部分。把不變的部分緩存起來，咱們稱之爲內部狀態，把改變的部分做爲外部狀態對外暴露，讓外界去改變。對應到上面的程序，屏幕上顯示的小花，圖片自己是固定不變的（只有6種樣式，其餘都是重複），咱們能夠把它做爲內部狀態分離出來共享，咱們稱之爲享元。而改變的是顯示的位置，咱們能夠把它做爲外部狀態讓外界去改變，在須要的時候傳遞給享元使用。

UML結構如及說明

image

爲了方便讓外界獲取享元，通常採用享元工廠來管理享元對象，今天咱們只討論共享享元，不共享實用意義不大，暫不作討論。

要使用享元模式來實現上面的程序，關鍵之處就是分離出享元和外部狀態，享元就是6種UIImagview，外部狀態10W朵小花的位置。來看看具體的實現吧。

代碼實現

一、建立享元

咱們須要分離出不變的部分做爲享元，也就是6種UIImageview，因此咱們自定義一個flowerView繼承自系統的UIImageview，而後重寫UIImageview的-- (void) drawRect:(CGRect)rect方法，把參數rect做爲外部狀態對外暴露，讓外界傳入uiimageviwe的frame來繪製圖像。

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <UIKit/UIKit.h>


@interface FlowerView : UIImageView
{

}

- (void) drawRect:(CGRect)rect;

@end

==================

#import "FlowerView.h"
#import <UIKit/UIKit.h>

@implementation FlowerView

- (void) drawRect:(CGRect)rect
{
  [self.image drawInRect:rect];
}

@end複製代碼

二、 建立享元工廠

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <UIKit/UIKit.h>

typedef enum
{
  kAnemone,
  kCosmos,
  kGerberas,
  kHollyhock,
  kJasmine,
  kZinnia,
  kTotalNumberOfFlowerTypes
} FlowerType;

@interface FlowerFactory : NSObject 
{
  @private
  NSMutableDictionary *flowerPool_;
}

- (UIImageView *) flowerViewWithType:(FlowerType)type;

@end

======================

#import "FlowerFactory.h"
#import "FlowerView.h"

@implementation FlowerFactory


- (UIImageView *)flowerViewWithType:(FlowerType)type
{
  if (flowerPool_ == nil)
  {
    flowerPool_ = [[NSMutableDictionary alloc] 
                   initWithCapacity:kTotalNumberOfFlowerTypes];
  }

  UIImageView *flowerView = [flowerPool_ objectForKey:[NSNumber
                                                  numberWithInt:type]];

  if (flowerView == nil)
  {
    UIImage *flowerImage;

    switch (type) 
    {
      case kAnemone:
        flowerImage = [UIImage imageNamed:@"anemone.png"];
        break;
      case kCosmos:
        flowerImage = [UIImage imageNamed:@"cosmos.png"];
        break;
      case kGerberas:
        flowerImage = [UIImage imageNamed:@"gerberas.png"];
        break;
      case kHollyhock:
        flowerImage = [UIImage imageNamed:@"hollyhock.png"];
        break;
      case kJasmine:
        flowerImage = [UIImage imageNamed:@"jasmine.png"];
        break;
      case kZinnia:
        flowerImage = [UIImage imageNamed:@"zinnia.png"];
        break;
      default:
        break;
    } 

    flowerView = [[FlowerView alloc] 
                   initWithImage:flowerImage];
    [flowerPool_ setObject:flowerView 
                    forKey:[NSNumber numberWithInt:type]];
  }

  return flowerView;
}


@end複製代碼

三、分離享元和外部狀態

咱們經過享元工廠隨機取出一個享元，而後給它一個隨機位置，存入字典。循環建立10w個對象，存入數組

#import "ViewController.h"
#import "FlowerFactory.h"
#import "FlyweightView.h"
#import <objc/runtime.h>
#import <malloc/malloc.h>
@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];

// 使用享元模式
    FlowerFactory *factory = [[FlowerFactory alloc] init];
    NSMutableArray *flowerList = [[NSMutableArray alloc]
                                   initWithCapacity:500];
    for (int i = 0; i < 10000; ++i)
    {
        @autoreleasepool {
            FlowerType flowerType = arc4random() % kTotalNumberOfFlowerTypes;
            //重複利用對象
            UIImageView *flowerView = [factory flowerViewWithType:flowerType];

            CGRect screenBounds = [[UIScreen mainScreen] bounds];
            CGFloat x = (arc4random() % (NSInteger)screenBounds.size.width);
            CGFloat y = (arc4random() % (NSInteger)screenBounds.size.height);
            NSInteger minSize = 10;
            NSInteger maxSize = 50;
            CGFloat size = (arc4random() % (maxSize - minSize + 1)) + minSize;

            CGRect area = CGRectMake(x, y, size, size);
            //新建對象
            NSValue *key = [NSValue valueWithCGRect:area];
            //新建對象
            NSDictionary *dic =   [NSDictionary dictionaryWithObject:flowerView forKey:key];
            [flowerList addObject:dic];

        }

    }

    FlyweightView *view = [[FlyweightView alloc]initWithFrame:self.view.bounds];
    view.flowerList = flowerList;
    self.view = view;


}

@end複製代碼

四、自定義UIView，顯示享元對象

取出享元對象，而後傳入外部狀態：位置，開始繪製UIImageview

#import <UIKit/UIKit.h>

@interface FlyweightView : UIView 

@property (nonatomic, retain) NSArray *flowerList;

@end

==================

#import "FlyweightView.h"
#import "FlowerView.h"

@implementation FlyweightView

extern NSString *FlowerObjectKey, *FlowerLocationKey;


- (void)drawRect:(CGRect)rect 
{
  for (NSDictionary *dic in self.flowerList)
  {

      NSValue *key = (NSValue *)[dic allKeys][0];
      FlowerView *flowerView = (FlowerView *)[dic allValues][0];
      CGRect area = [key CGRectValue];
      [flowerView drawRect:area];
  }

}

@end複製代碼

五、測試

運行，再次查看app內存佔用

image

看，只有44M，原來的三分之一都不到，你們能夠本身試試，若是小花的數目再增長一倍，使用享元模式增長的內存才二十兆，可是若是使用咱們文章開頭的方法，內存幾乎是暴增2倍。如今認識到享元模式的威力了吧。

咱們再來看看此時的內存分配

image

注意上圖中的UIImageview的flowerView內存佔用才457KB，咱們進入建立UIImageview的工廠方法看看具體的內存分配

image

並且無論小花的數量增長多少，建立UIImageview的消耗內存都是這麼多，不會增長太多，由於咱們只建立了6個UIImageview，而不是以前的幾十萬個。

對比此處的兩張截圖和文字開頭的兩種截圖，能夠看到差異。

問題

你們一看到這裏，享元模式太節省內存了，之後只要是須要建立多個類似的對象，均可以使用享元模式了。其實否則，咱們來看看，咱們分別使用兩種方式建立100、1000、5000、10000個小花，而後看看內存消耗。你會發現只有當建立的小花數目達到10000左右，享元模式的內存消耗才比普通模式的內存消耗少，其餘三種狀況，普通模式的內存消耗居然比享元模式的內存消耗更低。

這是爲何呢？

咱們再把這段代碼拿出來看看

FlowerType flowerType = arc4random() % kTotalNumberOfFlowerTypes;
            //一、重複利用對象
            UIImageView *flowerView = [factory flowerViewWithType:flowerType];

            CGRect screenBounds = [[UIScreen mainScreen] bounds];
            CGFloat x = (arc4random() % (NSInteger)screenBounds.size.width);
            CGFloat y = (arc4random() % (NSInteger)screenBounds.size.height);
            NSInteger minSize = 10;
            NSInteger maxSize = 50;
            CGFloat size = (arc4random() % (maxSize - minSize + 1)) + minSize;
            CGRect area = CGRectMake(x, y, size, size);
            //二、新建對象
            NSValue *key = [NSValue valueWithCGRect:area];
            //三、新建對象
            NSDictionary *dic =   [NSDictionary dictionaryWithObject:flowerView forKey:key];
            [flowerList addObject:dic];複製代碼

能夠發現咱們爲了存儲外部狀態，在二、3兩步咱們一共建立了兩個新對象，這都是須要消耗內存的。

假設建立了1000個小花，使用享元模式，須要建立1000個NSValue和1000個NSDictonary對象以及6個UIImageview，而使用普通模式須要建立1000個UIImageview。雖然NSValue和NSDictonary對象佔用的內存比UIImageview要小許多，可是一旦數量多起來，也是須要佔用大量內存。

只有當小花數量達到必定的數量，這個時候建立NSValue和NSDictonary對象佔用的內存比普通方式建立的UIImageview佔用的內存小的時候，享元模式纔有優點。

分析到這裏你們應該知道，享元模式把原本的對象拆成兩個部分：享元和外部狀態。而每一個享元都須要一個與之對應的外部狀態，而外部狀態也是須要建立對象去存儲的。因此只有當原本的對象佔用的內存比存儲外部狀態的對象的佔用內存大許多的時候，享元模式纔有優點。

並且享元模式把原本簡單的建立使用對象，拆分爲幾個類合做完成，操做更加複雜，這也是須要消耗內存和時間的。

綜上所述，只有知足以下三個條件，纔有必要考慮使用享元模式：

  • 原本的對象佔用的內存比較大，好比UIImageView
  • 數量很是多(以萬爲單位)
  • 每一個對象都很是類似，才能夠分離出享元

我翻閱大多數的書籍和網上文章，都只是給出了僞代碼，而沒有具體分析比較享元模式和普通模式在內存消耗方面的優劣，其實按照網上的那些代碼，享元模式消耗的內存更多。

要找到知足上面要求，其實很是難，特別是移動端不多須要處理這麼大量級的數據，畢竟設備能力有限。該模式在後端使用場景更加普遍。

使用時機

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Demo下載

享元模式demo

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