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JavaScript设计模式(一):单例模式

2019.06.19 22:30 755浏览

JavaScript设计模式(一):单例模式

单例模式:限制类实例化次数只能一次,一个类只有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

单例模式是创建型设计模式的一种。针对全局仅需一个对象的场景,如线程池、全局缓存、window 对象等。

模式特点

  1. 类只有一个实例
  2. 全局可访问该实例
  3. 自行实例化(主动实例化)
  4. 可推迟初始化,即延迟执行(与静态类/对象的区别)

JavaScript 是一门非正规面向对象的语言,并没有类的定义。而单例模式要求一个 “唯一” 和 “全局访问” 的对象,在 JavaScript 中类似全局对象,刚好满足单例模式的两个特点:“唯一” 和 “可全局访问”。虽然它不是正规的单例模式,但不可否认确实具备类单例模式的特点。

// 全局对象
var globaObj = {};

使用全局变量会有以下问题:

  1. 命名空间污染(变量名冲突)
  2. 维护时不方便管控(容易不小心覆盖)

全局变量问题折中的应对方案:

  1. 使用命名空间
  2. 闭包封装私有变量(利用函数作用域)
  3. ES6的 const/symbol

虽然全局变量可以实现单例,但因其自身的问题,不建议在实际项目中将其作为单例模式的应用,特别是中大型项目的应用中,全局变量的维护该是考虑的成本。

模式实现

实现方式:使用一个变量存储类实例对象(值初始为 null/undefined )。进行类实例化时,判断类实例对象是否存在,存在则返回该实例,不存在则创建类实例后返回。多次调用类生成实例方法,返回同一个实例对象。

“简单版” 单例模式:

let Singleton = function(name) {
    this.name = name;
    this.instance = null;
}

Singleton.prototype.getName = function() {
    console.log(this.name);
}

Singleton.getInstance = function(name) {
    if (this.instance) {
        return this.instance;
    }
    return this.instance = new Singleton(name);
}

let Winner = Singleton.getInstance('Winner');
let Looser = Singleton.getInstance('Looser');

console.log(Winner === Looser); // true
console.log(Winner.getName());  // 'Winner'
console.log(Looser.getName());  // 'Winner'

代码中定义了一个 Singleton 函数,函数在 JavaScript 中是“一等公民“,可以为其定义属性方法。因此我们可以在函数 Singleton 中定义一个 getInstance() 方法来管控单例,并创建返回类实例对象,而不是通过传统的 new 操作符来创建类实例对象。

this.instance 存储创建的实例对象,每次接收到创建实例对象时,判断 this.instance 是否有实例对象,有则返回,没有则创建并更新 this.instance 值,因此无论调用多少次 getInstance(),最终都只会返回同一个 Singleton 类实例对象。

存在问题:

  1. 不够“透明”,无法使用 new 来进行类实例化,需约束该类实例化的调用方式: Singleton.getInstance(...);
  2. 管理单例的操作,与对象创建的操作,功能代码耦合在一起,不符合 “单一职责原则”

“透明版” 单例模式:

实现 “透明版” 单例模式,意图解决:统一使用 new 操作符来获取单例对象, 而不是 Singleton.getInstance(...)

let CreateSingleton = (function(){
    let instance;
    return function(name) {
        if (instance) {
            return instance;
        }
        this.name = name;
        return instance = this;
    }
})();
CreateSingleton.prototype.getName = function() {
    console.log(this.name);
}

let Winner = new CreateSingleton('Winner');
let Looser = new CreateSingleton('Looser');

console.log(Winner === Looser); // true
console.log(Winner.getName());  // 'Winner'
console.log(Looser.getName());  // 'Winner'

“透明版”单例模式解决了不够“透明”的问题,我们又可以使用 new 操作符来创建实例对象。

“代理版“ 单例模式:

通过“代理”的形式,意图解决:将管理单例操作,与对象创建操作进行拆分,实现更小的粒度划分,符合“单一职责原则”

let ProxyCreateSingleton = (function(){
    let instance;
    return function(name) {
        // 代理函数仅作管控单例
        if (instance) {
            return instance;
        }
        return instance = new Singleton(name);
    }
})();

// 独立的Singleton类,处理对象实例
let Singleton = function(name) {
    this.name = name;
}
Singleton.prototype.getName = function() {
    console.log(this.name);
}

let Winner = new PeozyCreateSingleton('Winner');
let Looser = new PeozyCreateSingleton('Looser');

console.log(Winner === Looser); // true
console.log(Winner.getName());  // 'Winner'
console.log(Looser.getName());  // 'Winner'

惰性单例模式

惰性单例,意图解决:需要时才创建类实例对象。对于懒加载的性能优化,想必前端开发者并不陌生。惰性单例也是解决 “按需加载” 的问题。

需求:页面弹窗提示,多次调用,都只有一个弹窗对象,只是展示信息内容不同。

开发这样一个全局弹窗对象,我们可以应用单例模式。为了提升它的性能,我们可以让它在我们需要调用时再去生成实例,创建 DOM 节点。

let getSingleton = function(fn) {
    var result;
    return function() {
        return result || (result = fn.apply(this, arguments)); // 确定this上下文并传递参数
    }
}
let createAlertMessage = function(html) {
    var div = document.createElement('div');
    div.innerHTML = html;
    div.style.display = 'none';
    document.body.appendChild(div);
    return div;
}

let createSingleAlertMessage = getSingleton(createAlertMessage);
document.body.addEventListener('click', function(){
    // 多次点击只会产生一个弹窗
    let alertMessage = createSingleAlertMessage('您的知识需要付费充值!');
    alertMessage.style.display = 'block';
})

代码中演示是一个通用的 “惰性单例” 的创建方式,如果还需要 createLoginLayer 登录框, createFrame Frame框, 都可以调用 getSingleton(...) 生成对应实例对象的方法。

适用场景

“单例模式的特点,意图解决:维护一个全局实例对象。”

  1. 引用第三方库(多次引用只会使用一个库引用,如 jQuery)
  2. 弹窗(登录框,信息提升框)
  3. 购物车 (一个用户只有一个购物车)
  4. 全局态管理 store (Vuex / Redux)

项目中引入第三方库时,重复多次加载库文件时,全局只会实例化一个库对象,如 jQuerylodashmoment …, 其实它们的实现理念也是单例模式应用的一种:

// 引入代码库 libs(库别名)
if (window.libs != null) {
  return window.libs;    // 直接返回
} else {
  window.libs = '...';   // 初始化
}

优缺点

  • 优点:适用于单一对象,只生成一个对象实例,避免频繁创建和销毁实例,减少内存占用。
  • 缺点:不适用动态扩展对象,或需创建多个相似对象的场景。

TIPS: 多线程编程语言中,单例模式会涉及同步锁的问题。而 JavaScript 是单线程的编程语言,暂可忽略该问题。


参考文章

本文首发Github,期待Star!
https://github.com/ZengLingYong/blog

作者:以乐之名
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