单例模式 | 程序员都想要探索的 Javascript 设计模式

最近打算系统的学习 Javascript 设计模式,以便自己在开发中遇到问题可以按照设计模式提供的思路进行封装,这样可以提高开发效率并且可以预先规避很多未知的问题。

先从最基本的单例模式开始
什么是单例模式
单例模式,从名字拆分来看,单指的是一个,例是实例,意思是说多次通过某个类创造出来实例始终只返回同一个实例,它限制一个类只能有一个实例。单例模式主要是为了解决对象的创建问题。单例模式的特点:
1、一个类只有一个实例
2、对外提供唯一的访问接口
在一些以类为核心的语言中,例如java,每创建一个对象就必须先定义一个类,对象是从类创建而来。js是一门无类(class-free)的语言,在js中创建对象的方法非常简单,不需要先定义类即可创建对象。
在js中,单例模式是一种常见的模式,例如浏览器中提供的window对象,处理数字的Math对象。
单例模式的实现
1
对象字面量
在js中实现单例最简单的方式是创建对象字面量,字面量对象中可以包含多个属性和方法。
var mySingleton = {
attr1:1,
attr2:2,
method:function (){
console.log("method");
}
}
以上创建一个对象,放在全局中,就可以在任何地方访问,要访问对象中的属性和方法,必须通过mySingleton这个对象,也就是说提供了唯一一个访问接口。
2
使用闭包私有化
扩展mySingleton对象,添加私有的属性和方法,使用闭包的形式在其内部封装变量和函数声明,只暴露公共成员和方法。
var mySingleton = (function (){
//私有变量
var privateVal = '我是私有变量';
//私有函数
function privateFunc(){
console.log('我是私有函数');
}

return {            
        attr1:1,            
        attr2:2,            
        method:function (){                                                                   console.log("method");        
                   privateFunc();
       }
   }    

})()
把privateVal和privateVal被封装在闭包产生的作用域中,外界访问不到这两个变量,这避免了对全局命名污染。
3
惰性单例
无论使用对象字面量或者闭包私有化的方式创建单例,都是在脚本一加载就被创建。有时候页面可能不会用到这个单例对象,这样就会造成资源浪费。对于这种情况,最佳处理方式是使用惰性单例,也就是在需要这个单例对象时再初始化。
var mySingleton = (function (){
function init(){
//私有变量
var privateVal = '我是私有变量';
//私有函数
function privateFunc(){
console.log('我是私有函数');
}

    return {
        attr1:1,
        attr2:2,
        method(){
            console.log("method");    
            privateFunc();
        }
    }
}

//用来保存创建的单例对象
 var instance = null;
return {
    getInstance (){
        //instance没有存值,就执行函数得到对象
        if(!instance){
            instance = init();
        }    
        //instance存了值,就返回这个对象
        return instance;
    }
}

})();

//得到单例对象
var singletonObj1 = mySingleton.getInstance();
var singletonObj2 = mySingleton.getInstance();

console.log( singletonObj1 === singletonObj2 ); //true

程序执行后,将创建单例对象的代码封装到init函数中,只暴露了获取单例对象的函数getInstance。当有需要用到时,通过调用函数mySingleton.getInstance()得到单例对象,同时使用instance将对象缓存起来,再次调用mySingleton.getInstance()后得到的是同一个对象,这样通过一个函数不会创建多个对象,起到节省资源的目的。
4
使用构造函数
可以使用构造函数的方式,创造单例对象:
function mySingleton(){
//如果缓存了实例,则直接返回
if (mySingleton.instance) {
return mySingleton.instance;
}

//当第一次实例化时,先缓存实例
mySingleton.instance = this;

}

mySingleton.prototype.otherFunc = function (){
console.log("原型上其他方法");
}

var p1 = new mySingleton();
var p2 = new mySingleton();

console.log( p1 === p2 ); //true

当第一次使用new调用函数创建实例时,通过函数的静态属性mySingleton.instance把实例缓存起来,在第二次用new调用函数,判断实例已经缓存过了,直接返回,那么第一次得到的实例p1和第二次得到的实例p2是同一个对象。这样符合单例模式的特点:一个类只能有一个实例。
这样做有一个问题,暴露了可以访问缓存实例的属性mySingleton.instance,这个属性的值可以被改变:
var p1 = new mySingleton();
//改变mySingleton.instance的值
//mySingleton.instance = null;
//或者
mySingleton.instance = {};
var p2 = new mySingleton();
console.log( p1 === p2 ); //false
改变了mySingleton.instance值后,再通过new调用构造函数创建实例时,又会重新创建新的对象,那么p1和p2就不是同一个对象,违反了单例模式一个类只能有一个实例。
闭包中的实例
不使用函数的静态属性缓存实例,而是重新改写构造函数:
function mySingleton(){
//缓存当前实例
var instance = this;

//执行完成后改写构造函数
mySingleton = function (){
    return instance;    
}
//其他的代码
instance.userName = "abc";

}

mySingleton.prototype.otherFunc = function (){
console.log("原型上其他方法");
}

var p1 = new mySingleton();
var p2 = new mySingleton();

console.log( p1 === p2 ); //true

第一次使用new调用函数创建实例后,在函数中创建instance用来缓存实例,把mySingleton改写为另一个函数。如果再次使用new调用函数后,利用闭包的特性,返回了缓存的对象,所以p1和p2是同一个对象。
这样虽然也可以保证一个类只返回一个实例,但注意,第二次再次使用new调用的构造函数是匿名函数,因为mySingleton已经被改写:
//第二次new mySingleton()时这个匿名函数才是真正的构造函数
mySingleton = function (){
return instance;
}
再次给原mySingleton.prototype上添加是属性,实际上这是给匿名函数的原型添加了属性:
var p1 = new mySingleton();

//再次给mySingleton的原型上添加属性
mySingleton.prototype.addAttr = "我是新添加的属性";

var p2 = new mySingleton();

console.log(p2.addAttr); //undefined

对象p2访问属性addAttr并没有找到。通过一个构造函数构造出来的实例并不能访问原型上的方法或属性,这是一种错误的做法,还需要继续改进。
function mySingleton(){
var instance;
//改写构造函数
mySingleton = function (){
return instance;
}
//把改写后构造函数的原型指向this

mySingleton.prototype = this;

//constructor改写为改写后的构造函数
mySingleton.prototype.constructor = mySingleton;

//得到改写后构造函数创建的实例
instance = new mySingleton;

//其他的代码
instance.userName = "abc";

//显示的返回改写后构造函数创建的实例
return instance;

}

mySingleton.prototype.otherFunc = function (){
console.log("原型上其他方法");
}

var p1 = new mySingleton();

//再次给mySingleton的原型上添加属性
mySingleton.prototype.addAttr = "我是新添加的属性";

var p2 = new mySingleton();
console.log(p2.addAttr); //'我是新添加的属性'
console.log( p1 === p2 ); //true

以上代码主要做了以下几件事:
数字列表改写 mySingleton 函数为匿名函数
改写 mySingleton 的原型为第一次通过 new 创建实例
因为改写了 prototype,要把 constructor 指回mySingleton
显式返回通过改写后 mySingleton 构造函数构造出的实例
无论使用多少次new调用mySingleton这个构造函数,都返回同一个对象,并且这些对象都共享同一个原型。
实践单例模式
1
使用命名空间
根据上述,在js中创建一个对象就是一个单例,把一类的方法和属性放在对象中,都通过提供的全局对象访问。
var mySingleton = {
attr1:1,
attr2:2,
method:function (){
console.log("method");
}
}
这样的方式耦合度极高,例如:要给这个对象添加属性:
mySingleton.width = 1000; //添加一个属性

//添加一个方法会覆盖原有的方法
mySingleton.method = function(){};
如果在多人协作中,这样添加属性的方式经常出现被覆盖的危险,可以采用命名空间的方式解决。
/A同学
mySingleton.a = {};
mySingleton.a.method = function(){}
//访问
mySingleton.a.method();

//B同学
mySingleton.b = {};
mySingleton.b.method = function(){}
//访问
mySingleton.b.method();
都在自己的命名空间中,覆盖的几率会很小。
可以封装一个动态创建命名空间的通用方法,这样在需要独立的命名空间时只需要调用函数即可。
mySingleton.namespace = function(name){
var arr = name.split(".");
//存一下对象
var currentObj = mySingleton;
for( var i = 0; i < arr.length; i++ ){
//如果对象中不存在,则赋值添加属性
if(!currentObj[arr[i]]){
currentObj[arr[i]] = {};
}
//把变量重新赋值,便于循环继续创建命名空间
currentObj = currentObj[arr[i]]
}
}

//创建命名空间
mySingleton.namespace("bom");
mySingleton.namespace("dom.style");
以上调用函数生成命名空间的方式代码等价于:
mySingleton.bom = {};
mySingleton.dom = {};
mySingleton.dom.style = {};
2
单例登录框
使用面向对象实现一个登录框,在点击登录按钮后登录框被append到页面中,点击关闭就将登录框从页面中remove掉,这样频繁的操作DOM不合理也不是必要的。

只需要在点击关闭时隐藏登录框,再次点击按钮后,只需要show出来即可。
页面中只放一个按钮:
<input type="button" value="登录" id="loginBtn" />
js实现:
function Login(){
var instance;

Login = function(){
    return install;
}

Login.prototype = this;
install = new Login;
install.init();
return install;

}

Login.prototype.init = function(){
//得到登录框元素
this.Login = this.createHtml();
document.body.appendChild(this.Login);
//绑定事件
this.addEvent();
}
Login.prototype.createHtml = function(){
var LoginDiv = document.createElement("div");
LoginDiv.className = "box";
var html = <input type="button" value="关闭弹框" class="close" /><p>这里做登录</p>

LoginDiv.innerHTML = html;
return LoginDiv;

}
Login.prototype.addEvent = function(){
var close = this.Login.querySelector(".close");
var _this = this;
close.addEventListener("click",function(){
_this.Login.style.display = 'none';
})
}
Login.prototype.show = function(){
this.Login.style.display = 'block';
}
//点击页面中的按钮
var loginBtn = document.querySelector("#loginBtn");
loginBtn.onclick = function(){
var login = new Login();
//每次让登录框出现即可
login.show();
}

上面的代码根据单例模式的使用构造函数来实现的。这样在一开始生成了一个对象,之后使用的都是同一个对象。

总结
单例模式是一种非常实用的模式,特别是懒性单例技术,在合适时候创建对象,并且只创建唯一一个,这样减少不必要的内存消耗。
正在学习设计模式,不正确的地方欢迎拍砖指正。

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