共享之道——享元模式（Python实现）

news2024/11/18 17:42:57

共享之道——享元模式（Python实现）

大家好，今天我们继续来讲结构型设计模式，上一期我们介绍了外观模式，这一期我们来讲享元模式（Flyweight Pattern）。

享元模式（Flyweight Pattern）是一种用于减少内存使用的设计模式，它通过共享尽可能多的数据来减少内存消耗；特别是当程序中存在大量相似对象时，享元模式非常有效。享元模式的核心思想是将那些相似的对象共享起来，避免重复创建相同或相似的对象，从而节省内存和资源，单例模式可以算是享元模式的一种特例。

享元模式简介

享元模式（Flyweight Pattern）是一种用于减少内存使用的设计模式，它通过共享尽可能多的数据来减少内存消耗；特别是当程序中存在大量相似对象时，享元模式非常有效。享元模式的核心思想是将那些相似的对象共享起来，避免重复创建相同或相似的对象，从而节省内存和资源。

享元模式的结构

享元模式通常包括以下几个部分：

Flyweight：享元接口或抽象类，定义了对象的外部状态接口；
ConcreteFlyweight：具体享元类，实现享元接口，并存储内部状态；
FlyweightFactory：享元工厂类，用于创建和管理享元对象，确保合理地共享对象；
Client：客户端类，维护外部状态并使用享元对象。

UML图

../_images/Flyweight.jpg

示意图

享元设计模式

享元模式的Python实现及实际应用

为了更好地理解享元模式，我们来看一个复杂的实际应用场景——假设我们正在开发一个大型多人在线游戏，需要显示大量的游戏角色，每个角色对象包含角色本身（内部状态）和位置、动作、装备等属性（外部状态）。使用享元模式可以显著减少内存消耗，因为相同的角色状态可以共享，以下是享元模式在Python中的一个实现示例：

class GameCharacterFlyweight:
    def __init__(self, character_type, model):
        self.character_type = character_type
        self.model = model

    def render(self, position, action, equipment):
        print(f"Rendering character of type '{self.character_type}' with model '{self.model}' at position {position} with action {action} and equipment {equipment}")

class CharacterFactory:
    def __init__(self):
        self.characters = {}

    def get_character(self, character_type, model):
        key = (character_type, model)
        if key not in self.characters:
            self.characters[key] = GameCharacterFlyweight(character_type, model)
            print(f"Creating new game character flyweight for '{character_type}' with model '{model}'")
        else:
            print(f"Reusing existing game character flyweight for '{character_type}' with model '{model}'")
        return self.characters[key]

# 客户端代码
factory = CharacterFactory()

characters = [
    ("Warrior", "Model1", (10, 10), "Attack", "Sword"),
    ("Mage", "Model2", (20, 20), "Cast Spell", "Staff"),
    ("Warrior", "Model1", (30, 30), "Defend", "Shield"),
    ("Mage", "Model2", (40, 40), "Teleport", "None"),
    ("Warrior", "Model3", (50, 50), "Charge", "Axe"),
    ("Archer", "Model4", (60, 60), "Shoot", "Bow"),
    ("Mage", "Model2", (70, 70), "Heal", "Potion")
]

for character_type, model, position, action, equipment in characters:
    character = factory.get_character(character_type, model)
    character.render(position, action, equipment)