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[JS] JS单例模式的实现

2023-12-16 16:38 由 feixianxing 发表于 #前端开发

JS 单例模式的实现

单例模式简介

单例模式（Singleton Pattern）是最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，提供了一种创建对象的最佳方式。

特点：

  • 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。
  • 主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。
  • 何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。
  • 如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

首先对比一下平时不使用单例模式的情况：

在不适用单例模式的情况下，如下，会得到不同的多个实例：

video.js

class Video{
    constructor() {
        console.log("video created");
    }
}

export { Video };

main.js

import { Video } from "./video.js";

const v1 = new Video();
const v2 = new Video();

console.log(v1 === v2);

控制台输出

方法1：提前构造实例

提前构造一个实例，只向外部暴露该实例的引用，从而实现单例。

但是缺点是需要提前构造实例，而无法做到在需要的时候创建实例。

class Video{
    constructor() {
        console.log("video created");
    }
}

const v = new Video();

export { v };

方法2：构造方法私有化

video.js

class Video{
    private constructor() {
        console.log("video created");
    }

    static _ins = null;
    static getInstance(){
        if(!this._ins){
            this._ins = new Video();
        }
        return this._ins;
    }
}

export { Video };

main.js

import { Video } from "./video.js";

const v1 = Video.getInstance();
const v2 = Video.getInstance();

console.log(v1 === v2);

通过将构造方法私有化，外部无法通过new实例化对象，只能通过静态方法getInstance获取实例。

而在类的内部实现中，使用_ins确保只存在一个实例。

缺点：

原生JS不存在private，需要使用TS。

在JS中，如果剔除private，仅通过getInstance也可以实现单例模式。但是这种方法不严格，无法确保每一个调用者不会使用构造函数创建新的实例。

方法3：通用方法——将任意类转为单例

singleton.js

export function singleton(className){
    let ins;
    return class{
        constructor(...args) {
            if(!ins){
                ins = new className(...args);
            }
            return ins;
        }
    };
}
  • 这个函数接收一个类，进行改造之后返回一个新的类；
  • 使用闭包，存储实例对象ins；
  • 新的类的构造函数相当于拦截作用：
    • 如果ins不存在，则将传入的参数转交给原来的类的构造函数，并创建一个实例；
    • 如果ins存在，则直接返回存储在闭包中的实例对象。

video.js

import { singleton } from "./singleton.js";

class Video{
    constructor() {
        console.log("video created");
    }
}

const newVideo = singleton(Video);

export { newVideo as Video };

main.js

import { Video } from "./video.js";

const v1 = new Video();
const v2 = new Video();

console.log(v1 === v2);

控制台输出

观察到这种实现下，构造函数只被调用了一次，并且v1和v2指向同一个实例。

缺点：

main.js

Video.prototype.play = function(){
    console.log("play");
}

v1.play(); // Uncaught TypeError: v1.play is not a function

在这个案例中，我们试图在Video的原型上添加一个方法，并通过实例对象v1调用，但是v1所处的原型链上并不能找到这个方法。

再回过头来观察singleton.js的实现：

export function singleton(className){
    let ins;
    return class{
        constructor(...args) {
            if(!ins){
                ins = new className(...args);
            }
            return ins;
        }
    };
}
  • 在main.js中，我们使用的Video类来自于video.js的导出，实际上已经是经过singleton函数改造的类，也就是上面这段代码中，return class {}这个匿名类。
  • 而对于v1或v2，它们来自于ins这个实例对象，它由上面这段代码的new className()创建，也就是说它来自于最“简单”的、没有经过单例化的那个Video类。
  • 综上，v1并不是由那个匿名类创建的，所以它们不在同一原型链上。这也是这种单例模式实现方式的缺点，需要改进。

方法4：使用代理

这个方法是对方法3的改进，使用Proxy API对类进行代理，往新的类的原型上添加方法，也会被添加到原来的类的原型上，由此解决了方法3的缺点。

singleton.js

export function singleton(className){
    let ins;
    return new Proxy(className, {
        construct(target, ...args){
            if(!ins){
                ins = new target(...args);
            }
            return ins;
        }
    });
}

MDN对于Proxy中construct更详细的介绍：handler.construct() - JavaScript | MDN (mozilla.org)

这里的constuct主要是拦截外部的new操作，函数参数target指向代理对象，也就是这里的className，即需要被单例化的类。

其它逻辑和方法3一致，使用闭包，通过ins存储实例对象。

video.js

import { singleton } from "./singleton.js";

class Video{
    constructor() {
        console.log("video created");
    }
}

const newVideo = singleton(Video);

export { newVideo as Video };

main.js

import { Video } from "./video.js";

const v1 = new Video();
const v2 = new Video();

console.log(v1 === v2);

Video.prototype.play = function(){
    console.log("play");
}

v1.play();

控制台输出

观察到构造函数只被调用了一次，并且在单例化的新类的原型上添加方法，实例对象v1也可以访问到。

这是因为newVideo是对Video的代理（这里的命名以video.js为准），在newVideo对象上的操作会被应用在Video这个对象上。

至此，完成了JS中较为完善的单例模式实现。

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