理解设计模式：使用英雄示例的单例！（里面有蝙蝠侠和蜘蛛侠）。

经典的设计模式有23种，详见原著《设计模式：可复用面向对象软件的元素》。这些模式为软件开发中经常遇到的特定问题提供了解决方案。

在本文中，我将描述单例模式；以及如何以及何时应用它。

单例模式：基本思想

在软件工程中，单例模式是一种软件设计模式，它将一个类的实例化限制为一个“单一”实例。当只需要一个对象来协调整个系统的操作时，这种方法非常有用。该术语源于数学概念“单例”。——维基百科

确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。——设计模式：可复用面向对象软件的元素

此模式的主要特点是每个类中只实例化一个对象。此外，还会为该类创建一个入口点，通常使用访问器方法，例如getInstance。

该模式的 UML 图如下：

Singleton 类是一个单独的类，它有一个自己的属性，名为uniqueInstance，用于存储 Singleton 类的实例。该类的构造函数是私有的，只能通过访问器方法（例如 ）访问该实例getInstance。

访问器方法负责在单个实例存在的情况下返回该实例，或者在尚未实例化的情况下实例化该实例。

在以下情况下应使用单例模式：

1. 必须有一个类的单个实例，并且客户端必须能够从他们已知的访问点访问该类。

2. 单例类可以通过继承进行扩展，并且客户端必须能够使用扩展类而无需对其进行任何更改。

单例模式有几个优点，总结如下几点：

• 严格控制客户端访问单例实例的方式和时间。由于单例类封装了其实例，因此访问是受控的。

• 当您需要限制我们从一个类创建的实例的数量以节省系统资源时。

• 单例模式是对全局变量的改进，因为它避免了使用仅存储单例实例的全局变量来污染名称空间。

• 由于单例简化了代码，因此代码更易于使用、理解和测试。

现在我将向您展示如何使用 JavaScript/TypeScript 实现此模式。在我们的例子中，我设计了一个问题，其中有一个名为 的类，DatabaseConnection它定义了两个属性：配置 和getUniqueIdentificator。这个类是与数据库的连接。被多个客户端（和）DatabaseConnection使用。下面的 UML 图展示了我刚才描述的场景。client1client2

客户端代码关联如下：

每个客户端都会创建一个新的数据库连接，并请求每个连接的唯一标识符。这种架构的主要后果之一是使用了比实际需要更多的资源。

该类DatabaseConnection如下：

在前面的类中可以看到，只有私有属性可用于数据库的配置，而唯一标识符则使用公共属性来访问。

最后，本次交互的示例代码如下：

得到的结果如下图所示：

如您所见，每个数据库实例都有一个唯一的标识符，因为它们是不同的实例，但它们执行的任务完全相同。实际上，最智能的做法是使用单个实例来建立连接。

解决方案是使用单例模式，该模式只会创建类的一个实例。例如，使用单例模式的新 UML 图如下所示：

与之相关的代码DatabaseConnection如下：

访问该实例的唯一方法是使用 getDatabaseConnection 静态方法，如果该实例不存在或需要获取该实例，该方法将创建一个新实例。这样，客户端只需稍加修改即可使用此实例，而无需创建自己的实例：

这些修改之后程序执行的结果如下图所示：

我创建了两个 npm 脚本，在应用 Singleton 模式后运行此处显示的两个示例。

npm run example1-problem
npm run example1-singleton-solution1

另一个使用单例模式解决的有趣例子是，当有多个类必须是单例时。例如，蜘蛛侠和蝙蝠侠这两个英雄组合就是单例。在下面的UML图中，你可以看到这种情况：

与客户端相关的代码如下：

接下来，我们将创建独一无二的英雄。首先，我们将定义一个通用接口，用于存放每个英雄所包含的信息：

我们的英雄们各有特色，但也有一些共同的属性和方法，为此，我们定义了一个名为 的父类，HeroBase它包含了蜘蛛侠和蝙蝠侠的共同特征。这个类如下：

蝙蝠侠和蜘蛛侠都在其构造中实现了单例模式，并存储了对每个类（我们的英雄！）的唯一对象的引用。这些类如下：

最后，本次交互的示例代码如下：

得到的结果如下图所示：

我创建了一个 npm 脚本，在应用 Singleton 模式后运行此处显示的示例。

npm run example2-singleton-solution1

单例模式可以避免项目的复杂性，因为您可以在客户端熟知的单点上严格控制类的实例化。此外，它还可以节省系统资源，因为它不会实例化一组执行相同任务的类，而是使用该类的单个实例。然而，这种模式名声不佳，甚至被认为是反模式，因为它实际上创建了全局变量，这些变量可以在代码中的任何位置访问和更改。

最重要的不是像我展示的那样去实现这个模式，而是能够识别这个特定模式能够解决的问题，以及何时应该或不应该实现该模式。这一点至关重要，因为具体实现会根据你使用的编程语言而有所不同。

结论

单例模式可以避免项目的复杂性，因为您可以在客户端熟知的单点上严格控制类的实例化。此外，它还可以节省系统资源，因为它不会实例化一组执行相同任务的类，而是使用该类的单个实例。然而，这种模式名声不佳，甚至被认为是反模式，因为它实际上创建了全局变量，这些变量可以在代码中的任何位置访问和更改。

最重要的不是像我展示的那样去实现这个模式，而是能够识别这个特定模式能够解决的问题，以及何时应该或不应该实现该模式。这一点至关重要，因为具体实现会根据你使用的编程语言而有所不同。

更多更多更多...

• 设计模式：可重用面向对象软件的元素，作者：Gamma、Helm、Johnson 和 Vlissides，Addison Wesley，1995 年。

• 单例模式 — 维基百科。

• https://www.dofactory.com/javascript/singleton-design-pattern

• https://github.com/sohamkamani/javascript-design-patterns-for-humans#-singleton

• 这篇文章的GitHub分支是https://github.com/Caballerog/blog/tree/master/singleton-pattern

最初于 2019 年 5 月 2 日发布于https://www.carloscaballero.io。