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171.精读《设计模式 - Singleton 单例模式》.md

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Singleton(单例模式)

Singleton(单例模式)属于创建型模式,提供一种对象获取方式,保证在一定范围内是唯一的。

意图:保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

其实单例模式在前端体会的不明显,原因有:

  1. 前端代码本身在单机运行,创建的任何变量都是天然分布式的,不需要担心影响另一个用户。
  2. 后端代码是一对多的,分辨出哪些资源是请求间共享的,哪些是请求内独有的很重要。

另外我们说到单例,是隐含了一个范围的,指的是在某个范围内单例,比如在一个上下文中,还是一个房间中,还是一个进程,一个线程中单例,不同场景范围会不同。

举例子

如果看不懂上面的意图介绍,没有关系,设计模式需要在日常工作里用起来,结合例子可以加深你的理解,下面我准备了三个例子,让你体会什么场景下会用到这种设计模式。

多人游戏的共享物品

玩过游戏的同学都知道,我们在每局游戏中使用的公共物品在当前房间中是唯一的,但在游戏房间间却不是唯一的,所以这些公共物品肯定有不同的类去描述,那每局游戏中怎么拿公共物品,可以保证拿到的是当前局内唯一的?

Redux 数据流

其实前端的 Redux 数据流本身就是单例模式,在一个应用中,数据是唯一的,但可以有不同的 UI 使用这份唯一的数据,甚至把一个表格组件展示在两个不同地方,比如全屏模式,但数据依然是一份,我们没有必要为了全屏展示表格,就让它再发一次取数请求,完全可以和原来的表格共享一份数据。

数据库连接池

每个 SQL 查询都依赖数据库连接池,如果每次查询都建立一次数据库连接池,则建立连接的速度会远远慢于 SQL 查询速度,因此你会怎么设计数据库连接池的获取方法?

意图解释

单例模式的意图很简单,几乎就是其字面含义:

意图:保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

对于多人游戏的共享物品,比如一口锅,要保证在一局游戏内唯一,就要提供一种方法访问到唯一实例。

Redux 数据流的 connect 装饰器就是全局访问点的一种设计。

数据库连接池可以提前初始化好,并通过固定 API 提供这个唯一实例。

结构图

Singleton 是单例模式的接口,客户只能通过其定义的 instance() 访问实例,以保证单例。

代码例子

下面例子使用 typescript 编写。

class Ball {
  private static _instance: Ball;

  // 构造函数申明为 private,就可以阻止 new Ball() 行为
  private constructor() {}

  public static getInstance() {
    if (Ball._instance === undefined) {
      Ball._instance = new Ball();
    }

    return Ball._instance;
  }
}

// 使用
const ball = Ball.getInstance()

可以仔细想想,为什么这个例子把单例写成了静态方法,而不是一个全局变量?其实全局变量也能解决问题,但由于会污染全局,要尽可能通过模块化方式解决,上面的例子就是一个较好的封装方式。

当然这只是一个最简单的例子,实际上单例模式还有几种模式:

饿汉式

初始化时就生成一份实例,这样调用时直接就能获取。

懒汉式

就是代码例子中写的,按需实例化,即调用的时候再实例化。

要注意,按需不一定是什么好事,如果 New 的成本很高还按需实例化,可能把系统异常的风险留到随机的触发时机,导致难以排查 BUG,另外也会影响第一次实例化时的系统耗时。

对 JAVA 来说,单例还需要考虑并发性,有 双重检测、静态内部类、枚举 等办法解决,这里不具体展开。

弊端

单例模式的问题有:

  • 对面向对象不太友好。对封装、继承、多态支持不够友好。
  • 不利于梳理类之间的依赖关系。毕竟单例是直接调用的,而不是在构造函数申明的,所以要梳理关系要看完每一行代码才能确定。
  • 可拓展性不好。万一要支持多例就比较难拓展,比如全局数据流可能因为微前端方案改成多实例、数据库连接池为了分治 SQL 改成多实例,都是有可能的,在系统设计之初就要考虑到未来是否还会保持单例。
  • 可测试性不好,因为单例是全局共享的,无法保证测试用例间的隔离。
  • 无法使用构造函数传参。

另外单例模式还可以被工厂方法所替代,所以不用特别纠结一种设计模式,可以结合使用,工厂函数也可以内嵌单例模式。

总结

单例模式概念、用法都简单,是架构设计常用方案,但要充分理解到单例模式的弊端,防止不恰当的使用。

讨论地址是:精读《设计模式 - Singleton 单例模式》· Issue #278 · dt-fe/weekly

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