探索Javascript设计模式---单例模式

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：

1. 改写mySingleton函数为匿名函数

2. 改写mySingleton的原型为第一次通过new创建的实例

3. 因为改写了prototype，要把constructor指回mySingleton

4. 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。

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