面试题：Kotlin 设计模式在复杂业务场景下的综合应用与性能调优

系统架构设计

角色创建：
- 工厂模式：使用工厂模式创建角色。例如，创建一个CharacterFactory类，它可以根据不同的角色类型（战士、法师、刺客等）创建对应的角色实例。这样可以将角色创建的逻辑封装起来，便于代码的维护和扩展。比如：

abstract class Character
class Warrior : Character()
class Mage : Character()

class CharacterFactory {
    fun createCharacter(type: String): Character {
        return when (type) {
            "warrior" -> Warrior()
            "mage" -> Mage()
            else -> throw IllegalArgumentException("Unsupported character type")
        }
    }
}

技能系统：
- 状态模式：技能的状态（冷却中、可使用、已释放等）可以用状态模式来管理。创建一个SkillState接口，以及具体的状态实现类如CoolingState、UsableState等。技能类（如Skill）持有当前状态的引用，并根据不同的操作（使用技能、时间流逝等）切换状态。例如：

interface SkillState {
    fun handle(skill: Skill)
}

class CoolingState : SkillState {
    override fun handle(skill: Skill) {
        // 处理冷却逻辑，如减少冷却时间
    }
}

class UsableState : SkillState {
    override fun handle(skill: Skill) {
        // 处理技能使用逻辑
    }
}

class Skill {
    private var state: SkillState = UsableState()
    fun setState(state: SkillState) {
        this.state = state
    }
    fun handle() {
        state.handle(this)
    }
}

任务系统：
- 观察者模式：任务系统中，当任务完成条件满足时，可能需要通知多个相关的模块（如角色获得奖励、开启新任务等）。可以创建一个Task类作为被观察对象，实现Observable接口（或使用 Kotlin 中类似的观察者模式实现），相关模块作为观察者实现Observer接口。当任务状态改变（如完成）时，通知所有观察者。例如：

interface Observer {
    fun update(task: Task)
}

interface Observable {
    fun addObserver(observer: Observer)
    fun removeObserver(observer: Observer)
    fun notifyObservers()
}

class Task : Observable {
    private val observers = mutableListOf<Observer>()
    private var isCompleted = false
    override fun addObserver(observer: Observer) {
        observers.add(observer)
    }
    override fun removeObserver(observer: Observer) {
        observers.remove(observer)
    }
    override fun notifyObservers() {
        observers.forEach { it.update(this) }
    }
    fun complete() {
        isCompleted = true
        notifyObservers()
    }
}

高并发场景下的性能调优

设计模式的合理使用：
- 工厂模式：在高并发场景下，工厂模式创建对象时可能会存在资源竞争问题。可以使用线程安全的工厂实现，例如使用ConcurrentHashMap来缓存已创建的对象，避免重复创建相同的对象，提高创建效率。比如在CharacterFactory中可以这样修改：

class CharacterFactory {
    private val characterCache = ConcurrentHashMap<String, Character>()
    fun createCharacter(type: String): Character {
        return characterCache.getOrPut(type) {
            when (type) {
                "warrior" -> Warrior()
                "mage" -> Mage()
                else -> throw IllegalArgumentException("Unsupported character type")
            }
        }
    }
}

状态模式：技能状态切换时，要确保状态切换操作是线程安全的。可以使用AtomicReference来存储技能的当前状态，这样在多线程环境下可以原子性地更新状态，避免状态不一致问题。例如：

class Skill {
    private val stateRef = AtomicReference<SkillState>(UsableState())
    fun setState(state: SkillState) {
        stateRef.set(state)
    }
    fun handle() {
        stateRef.get().handle(this)
    }
}

观察者模式：在通知观察者时，要考虑到多线程环境下可能出现的问题。可以使用线程池来异步通知观察者，避免阻塞主线程。例如：

class Task : Observable {
    private val observers = mutableListOf<Observer>()
    private var isCompleted = false
    private val executor = Executors.newFixedThreadPool(10)
    override fun addObserver(observer: Observer) {
        observers.add(observer)
    }
    override fun removeObserver(observer: Observer) {
        observers.remove(observer)
    }
    override fun notifyObservers() {
        observers.forEach { observer ->
            executor.submit { observer.update(this) }
        }
    }
    fun complete() {
        isCompleted = true
        notifyObservers()
    }
}

Kotlin 语言特性 - 协程：
- 角色创建：可以使用协程来异步创建角色，特别是在需要从远程服务器加载角色初始数据时。例如：

class CharacterFactory {
    suspend fun createCharacterAsync(type: String): Character {
        // 模拟异步加载数据
        delay(1000)
        return when (type) {
            "warrior" -> Warrior()
            "mage" -> Mage()
            else -> throw IllegalArgumentException("Unsupported character type")
        }
    }
}

技能系统：协程可以用于管理技能的冷却时间。可以创建一个协程来控制冷却逻辑，避免使用传统的轮询方式，提高性能。例如：

class Skill {
    private var state: SkillState = UsableState()
    fun use() {
        if (state is UsableState) {
            setState(CoolingState())
            GlobalScope.launch {
                delay(5000) // 假设冷却时间为5秒
                setState(UsableState())
            }
        }
    }
}

任务系统：协程可以用于处理任务的异步执行，比如任务的目标是收集一定数量的物品，协程可以在后台执行物品收集逻辑，而不阻塞主线程。例如：

class Task {
    private var isCompleted = false
    fun start() {
        GlobalScope.launch {
            // 模拟异步任务执行
            delay(10000)
            isCompleted = true
        }
    }
    fun isCompleted(): Boolean {
        return isCompleted
    }
}

通过以上设计模式的合理运用以及 Kotlin 协程等语言特性，可以在高并发场景下对大型在线游戏开发项目进行性能调优，确保游戏的流畅运行和响应速度。

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