淺談Python設(shè)計(jì)模式 - 享元模式

聲明:本系列文章主要參考《精通Python設(shè)計(jì)模式》一書史简,并且參考一些資料,結(jié)合自己的一些看法來總結(jié)而來纵潦。

享元模式:

享元模式是一種用于解決資源和性能壓力時(shí)會(huì)使用到的設(shè)計(jì)模式叼旋,它的核心思想是通過引入數(shù)據(jù)共享來提升性能阎抒。

在開發(fā)3D游戲時(shí),例如有成千上萬的士兵或者有成千上萬棵樹司浪,如果一個(gè)3D地帶的每個(gè)對(duì)象都單獨(dú)創(chuàng)建泊业,不使用數(shù)據(jù)共享,那么性能是無法接受的啊易。

故享元設(shè)計(jì)模式就是通過為相似對(duì)象映入數(shù)據(jù)共享來最小化內(nèi)存的使用吁伺,提升性能。

既然要?jiǎng)?chuàng)建成千上萬個(gè)士兵租谈,那么若他們的數(shù)據(jù)屬性行為都是一樣的篮奄,那豈不是黏一塊去了。這時(shí)候就會(huì)有:可變數(shù)據(jù)和不可變數(shù)據(jù)的概念割去。

即 -- 重點(diǎn)在于將不可變(可共享)的屬性與可變的屬性區(qū)分開窟却。相同類型的對(duì)象共享不可變(可共享)的數(shù)據(jù),而每個(gè)對(duì)象又有其獨(dú)立的數(shù)據(jù)呻逆,這部分?jǐn)?shù)據(jù)即為:可變的屬性(不可共享數(shù)據(jù))夸赫。

實(shí)現(xiàn):

其實(shí)享元模式的實(shí)現(xiàn)與單例模式的實(shí)現(xiàn)方式十分相似,比如:?jiǎn)卫J綄?shí)現(xiàn)的是一個(gè)類對(duì)象只允許有一個(gè)實(shí)例對(duì)象咖城,而享元模式則是一個(gè)類對(duì)象只允許創(chuàng)建不同類型的對(duì)象茬腿,這樣保證同一類型的對(duì)象共享不可變數(shù)據(jù)呼奢。

直接看書中代碼吧:

from enum import Enum

TreeType = Enum('TreeType','apple_tree cherry_tree peach_tree')

class Tree:
    pool = dict()

    def __new__(cls, tree_type, *args,**kwargs):
        obj = cls.pool.get(tree_type,None)
        if not obj:
            obj = super().__new__(cls,*args, **kwargs)
            cls.pool[tree_type] = obj
            obj.tree_type = tree_type
        return obj

    def __init(self,size ):
        self.size = size
    
    def render(self,age,x,y):
        print('render a tree of type {} and age {} at ({},{})'.format(self.tree_type,age,x,y))

這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的享元模式:即通過其中的new魔法方法來限制類的實(shí)例化,只允許實(shí)例化不同類型的對(duì)象切平。

通過一個(gè)類型池握础,若需要實(shí)例化的類型在該類型池中,則直接返回該類型池中的對(duì)象悴品,由于返回的是同一對(duì)象弓候,故其共享不可變的屬性(tree_type),而在執(zhí)行完成new()方法之后他匪,變化執(zhí)行init魔法方法菇存,則這時(shí)候該對(duì)象的屬性便會(huì)發(fā)生改變,故不共享可變的屬性(size)邦蜜。

既然我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的享元模式依鸥,那么怎么去使用它呢?

import random
from enum import Enum

def main():
    rnd = random.Random()
    age_min, age_max = 1, 30
    min_piont, max_point = 0, 100
    tree_counter = 0

    for _ in range(10):
        t1 = Tree(TreeType.apple_tree)
        t1.render(rnd.randint(age_min, age_max),
                rnd.randint(min_piont, max_point),
                rnd.randint(min_piont, max_point)
        )
        tree_counter += 1
    
    for _ in range(3):
        t1 = Tree(TreeType.cherry_tree)
        t1.render(rnd.randint(age_min, age_max),
                rnd.randint(min_piont, max_point),
                rnd.randint(min_piont, max_point)
        )
        tree_counter += 1
    
    for _ in range(5):
        t1 = Tree(TreeType.peach_tree)
        t1.render(rnd.randint(age_min, age_max),
                rnd.randint(min_piont, max_point),
                rnd.randint(min_piont, max_point)
        )
        tree_counter += 1
    
    print(Tree.pool)

if __name__ == '__main__':
    main()

在main()中去創(chuàng)建10棵apple_tree悼沈,并且 為每個(gè)對(duì)象隨機(jī)給不同的年齡贱迟、位置等,這樣就可以在游戲中的不同的位置中渲染絮供。

輸出結(jié)果為:

render a tree of type TreeType.apple_tree and age 17 at (48,57)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 30 at (27,9)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 4 at (74,92)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 16 at (8,95)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 26 at (43,95)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 1 at (80,20)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 26 at (21,88)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 22 at (53,57)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 17 at (65,47)
render a tree of type TreeType.apple_tree and age 24 at (34,77)
render a tree of type TreeType.cherry_tree and age 18 at (71,41)
render a tree of type TreeType.cherry_tree and age 30 at (63,33)
render a tree of type TreeType.cherry_tree and age 13 at (56,53)
render a tree of type TreeType.peach_tree and age 27 at (44,80)
render a tree of type TreeType.peach_tree and age 21 at (29,60)
render a tree of type TreeType.peach_tree and age 14 at (62,52)
render a tree of type TreeType.peach_tree and age 20 at (37,63)
render a tree of type TreeType.peach_tree and age 7 at (30,8)
{<TreeType.apple_tree: 1>: <__main__.Tree object at 0x00000253D1183AC8>,
 <TreeType.cherry_tree: 2>: <__main__.Tree object at 0x00000253D1187080>, 
<TreeType.peach_tree: 3>: <__main__.Tree object at 0x00000253D1187978>}

其實(shí)可以發(fā)現(xiàn)同一類型的樹對(duì)象衣吠,其ID均一樣,而其size屬性卻不一樣壤靶,這是由于在執(zhí)行init方法時(shí)缚俏,返回類型池中的對(duì)象后,在進(jìn)行初始化會(huì)size屬性會(huì)覆蓋前面返回的對(duì)象的size屬性值贮乳。

總結(jié):

該示例中忧换,在new方法中實(shí)現(xiàn)類不可變數(shù)據(jù)的共享。

init方法中實(shí)現(xiàn)了可變數(shù)據(jù)的獨(dú)立向拆,即不共享亚茬。

over~~~

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