程序员羽化之路--假如需要一百万个对象

Posted 2021-03-04 架构师修行之路

设计背景

每个平台都会有用户这种基础数据的设计，作为最基础的用户，每个用户都有很多属性，比如性别，姓名，手机号等，每个用户还可以有类似经验值这样的荣誉系统，根据不同的经验值来对应不同的等级，不同的等级对应不同的荣誉UI，比如一级用户可能只显示一个星星，二级用户显示两颗星星，以此类推，类似于QQ等级的星星月亮太阳，这样的荣誉系统随着平台的不断壮大，可能会衍生出很多类型。那么问题来了，用户登录的时候就需要初始化用户的这些荣誉值，以星星数为例，类似于以下代码

public class Star
{
    //等级
    public int Level{get ;set ;}
    //对应的星星数目
    public int StarNumber{get ;set ;}
    //对应的星星颜色
    public int Color{get ;set ;}

    ... 其他属性
}
//用户信息
public class User{   
    public Star StarInfo{get ;set ;}
    //...用户的其他属性
}

//初始化用户信息
User u=new User(){ StarInfo=new Star(){ Level=1, StarNumber=1,Color=1}};

每一个登录用户都会初始化一个Star属性来表示当前用户的Star信息，当有100万用户甚至更多用户同时在线的时候，内存中就实例化了同样数量的Star对象，以及其他类似的属性对象。这么多重复的对象难道不能优化吗？当然不是！！

问题分析

一个业务出现问题，首先要分析问题的所在。根据以上所说，问题的根本在于产生了大量的对象，首先每个用户对象都有自己独特的状态，这个基本上不可能分解优化，但是类似Star这样的属性就有优化途径了，这些荣誉属性一个最大的共同点就是不可变，换句话说，等级1的用户对应的Star信息是永远不会变的，永远是level=1，starnumber=1，color=1 等。基于这个不变性，我们可以把这个Star抽离出来，供所有等级1的用户使用，假设原来有10万等级1的用户，原来需要10万个对象，现在只需要一个对象，这可是天壤之别。

解决问题

基于以上问题分析，我们需要做的是把对象重复使用，只要是对象重复问题，基本上可以利用一个对象出口来解决问题，类似于以下的对象初始化工厂，但是要注意线程安全问题，因为同时请求并初始化对象的线程会有多个。

    public class UserStarFac
    {
        static object objLock = new object();
        static Dictionary<int, Star> UserStarMap = new Dictionary<int, Star>();
        public static Star GetUserStar(int level)
        {
            //利用锁来防止实例化多次，当然这里可以优化
            lock (objLock)
            {
                Star info = null; ;
                if(!UserStarMap.TryGetValue(level, out info))
                {
                    info = new Star() { Color = 1, Level = 1, StarNumber = 1 };
                    UserStarMap.Add(level,info);
                }
                return info;
            }
        }
    }

编写简单测试程序

 static void Main(string[] args)
        {
            int i = 0;
            List<User> userList = new List<User>();
            while (i < 100000)
            {
               // userList.Add(new User() {  StarInfo=new Star() {  Color=1, Level=1, StarNumber=1} });
                userList.Add(new User() {  StarInfo= UserStarFac .GetUserStar(1)});
                i++; 
            }
            Console.WriteLine("初始化完成");
            Console.Read();
        }

内存的测试结果：

不执行任何程序：占用内存：2.8 M

无优化初始化10万对象：占用内存：11 M

优化之后初始化10万对象：占用内存：7 M

居然一个小小的优化就减少了4M内存，不要小看这小小的4M，你要看的是比例，居然减少了将近 50%，真实业务中，可以进行这种优化的地方数不胜数，不知道你是否在乎呢？

这种大量重复对象的问题尤其是在游戏编程中经常存在，比如五子棋游戏，棋子的初始化，一个游戏大厅存在成千上百万对局，如果每个局中的棋子都初始化一个对象，那内存使用是相当可怕的，这种需要把通用的对象属性，不变的对象属性抽离出来，做共享是有必要的。

据说这种优化有一个学名：享元模式，没有必要记住名字，但需要记住原理和场景，必须要提一句：注意不变的对象才可以哦