单例模式

2024-01-03 2375 words 5 minutes

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https://www.patterns.dev/vanilla/singleton-pattern

单例模式

单例是可以实例化一次就可以全局访问的类,这个创建出来的单例可以在整个应用中进行共享,这使得单例可以帮助应用管理全局状态

首先让我们看下在ES2015类写法中单例是长什么样子的,对于这个例子,我们将构建一个Counter类,它具有:

getInstance 方法来返回一个示例
getCount 方法来返回 counter 变量
一个 increment 方法来使 counter 加一
一个 decrement 方法来使 counter 减一

let counter = 0;
class Counter {
  getInstance() {
    return this;
  }
  getCount() {
    return counter;
  }
  increment() {
    return ++counter;
  }
  decrement() {
    return --counter;
  }
}
const counter1 = new Counter();
const counter2 = new Counter();
console.log(counter1.getInstance() === counter2.getInstance()); // false

通过调用两次new方法,我们只是给counter1和counter2设置为不同的实例,counter1合counter2通过getInstance返回的值实际上是不同的实例引用,它们并不严格相等!

让我们来确保Counter只会创建一个实例

确保只会创建一个实例得方法是创建一个叫做instance得变量,在Counter的构造器中,当创建新的实例时,我们可以将instance设置为该实例的引用.我们可以通过判断instance是否有值来防止新实例的创建,如果是实例已经存在,这种情况下应该抛出一个异常来提示用户实例已存在

let counter = 0;
let instance;
class Counter {
  getInstance() {
    if (instance) {
      throw new Error("You can only create one instance!")
    }
    instance = this;
  }
  getCount() {
    return counter;
  }
  increment() {
    return ++counter;
  }
  decrement() {
    return --counter;
  }
}
const counter1 = new Counter();
const counter2 = new Counter();
// Error: You can only create one instance!

完美!我们再也不能创建多个实例

现在我们将Counter实例1从counter.js中暴露出来,但是在行动之前,我们需要将该实例冻结,Object.freeze 方法确保使用代码无法修改单例.

处于冻结状态的实例无法添加或修改属性,这就降低了意外覆盖单例中值的风险操作

let counter = 0;
let instance;
class Counter {
  getInstance() {
    if (instance) {
      throw new Error("You can only create one instance!")
    }
    instance = this;
  }
  getCount() {
    return counter;
  }
  increment() {
    return ++counter;
  }
  decrement() {
    return --counter;
  }
}

const singletonCounter = Object.freeze(new Counter());
export default singletonCounter

让我们看一下实现 Counter 示例的应用程序。我们有以下文件

counter.js 包含Counter类且默认导出一个Counter实例
index.js 加载 redButton.js 和 blueButton.js
redButton.js 引入Counter ,添加Counter的increment方法作为红色按钮的监听器并通过调用 getCount 方法记录counter的当前值
blueButton.js 引入Counter ,添加Counter的increment方法作为蓝色按钮的监听器并通过调用 getCount 方法记录counter的当前值

redButton.js和blueButton.js从counter.js中引入了相同的实例,该实例在两个文件中均作为 Counter 导入。

不论我们从红色按钮或者蓝色按钮上调用 increment 方法,两个个文件中Counter实例上counter属性的值都会更新,这和我们点击红色或者蓝色的按钮无关,同一个值在所有的实例上共享,这就是为什么即使我们在不同的文件中调用该方法,计数器也会不断地加1

折中

将实例化限制为仅一个实例可能会节省大量内存空间,我们不必每次都为新实例设置内存,而只需为一个实例设置内存,该实例在整个应用程序中都会被引用。然而，单例实际上被认为是一种反模式，并且应该在 JavaScript 中避免。

在java,c++等一些编程语言中不可能像javascript中那样直接创建对象,在那些面向对象的编程语言中，我们需要创建一个类，这个类会创建一个对象。创建的对象具有类实例的值，就像 JavaScript 示例中的实例值一样。

使用常规对象

让我们使用之前看到的相同示例。然而这一次，counter 只是一个包含以下内容的对象：

一个 count 属性
一个 increment 方法来使count加一
一个 decrement 方法来使count减一

由于对象是通过引用传递的,因此redButton和blueButton都导入对同一计数器对象的引用,修改这两个文件中的count值都会修改counter上的值,该值在这两个文件中都可见

测试

测试依赖于单例的代码可能会有点棘手.由于我们无法每次都创建新的实例,因此所有测试都依赖于对上一次测试的全局实例的修改.在这种情况下测试的顺序很重要,一个小的修改可能会导致整个测试套件的失败.测试完成后,我们需要重置整个实例,以重置测试所做的修改.

依赖隐藏

当导入另一个模块(本例中为superCounter.js)时,模块导入Singleton可能并不明显,在其他的文件中,例如本例中的index.js.我们可能会导入该模块并调用其方法.这样我们就无意中修改了Singleton中的值.这可能会导致以外的行为,因为单例的多个实例可以在整个应用程序中共享,这些实例也都会被修改.

全局行为

Singleton的实例应该能在整个应用中被引用,全局的变量本质上会展示出相同的行为,由于全局变量在全局范围内可用因此我们可以在整个应用程序中访问这些变量.

拥有全局变量通常被认为试一个糟糕的设计决策,全局范围污染最终可能会意外覆盖全局变量的值,这可能会导致许多的意外行为.

在ES2015中创建全局变量变得相当少见,let和const通过将使用这两个关键字声明的变量保存在块范围内,可以防止开发人员意外污染全局范围

JavaScript中新的模块系统能够从模块到处值并且将这些值导入其他文件,从而更轻松地创建全局可访问的值,而不会午饭全局范围

然而单例的常见用例是在整个应用程序中拥有某种全局状态.让代码库的多个部分依赖于同一个可变对象,可能会导致意外的行为

通常,代码库的某些部分会修改全局状态的值,而其他部分则使用该数据,这里的执行顺序很重要,我们不想在没有数据可供使用时意外地首先使用数据!随着应用程序的增长,并且数十个组件相互依赖,理解使用全局状态时的数据流可能会变得非常棘手.

react中的状态管理

在 React 中，我们经常通过 Redux 或 React Context 等状态管理工具来依赖全局状态，而不是使用单例。尽管它们的全局状态行为可能看起来与单例的行为类似，但这些工具提供只读状态而不是单例的可变状态。使用 Redux 时，在组件通过调度程序发送操作后，只有纯函数reducers才能更新状态。

尽管使用这些工具并不会神奇地消除全局状态的缺点，但我们至少可以确保全局状态按照我们预期的方式发生变化，因为组件无法直接更新状态。