设计模式： 从ES5 到 TypeScript ——单例模式

Back in 1994, a book was authored by Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson and John Vlissides that discusses 23 desgin patterns, titled Design Patterns: Elements of Resuable Object-Oriented Software. You may have heard of this book or the authors as Gang of Four (GoF).

单例模式

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 (Creational) 模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意：

1. 单例类只能有一个实例。
2. 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3. 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

单例模式是一种常用的模式，有一些对象我们往往只需要一个，比如线程池、全局缓存、浏览器中的 window 对象等。在 JavaScript 开发中，单例模式的用途同样非常广泛。试想一下，当我们单击登录按钮的时候，页面中会出现一个登录浮窗，而这个登录浮窗是唯一的，无论单击多少次登录按钮，这个浮窗都只会被创建一次，那么这个登录浮窗就适合用单例模式来创建。

关键点

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。

关键代码：构造函数是私有的。

UML

我们将创建一个 SingleObject 类。SingleObject 类有它的私有构造函数和本身的一个静态实例。

SingleObject 类提供了一个静态方法，供外界获取它的静态实例。SingletonPatternDemo，我们的演示类使用 SingleObject 类来获取 SingleObject 对象。

ES5

面向对象

要实现一个标准的单例模式并不复杂，无非是用一个变量来标志当前是否已经为某个类创建过对象，如果是，则在下一次获取该类的实例时，直接返回之前创建的对象。代码如下:

var Singleton = function(name) {
  this.name = name
}
Singleton.prototype.getName = function() {
  alert(this.name)
}
Singleton.getInstance = (function() {
  var instance = null
  return function(name) {
    if (!instance) {
      instance = new Singleton(name)
    }
    return instance
  }
})()

var a = Singleton.getInstance( 'sven1' ); 
var b = Singleton.getInstance( 'sven2' );
alert ( a === b ); // true

我们通过 Singleton.getInstance 来获取 Singleton 类的唯一对象，这种方式相对简单，但有 一个问题，就是增加了这个类的“不透明性”，Singleton 类的使用者必须知道这是一个单例类， 跟以往通过 new XXX 的方式来获取对象不同，这里偏要使 Singleton.getInstance 来获取对象。

上面单例模式的实现，更多的是接近传统面向对象语言中的实现，单例对象从 “类” 中创建而来。在以类为中心的语言中，这是很自然的做法。比如在 Java 中，如果需要某个对象，就必须先定义一个类，对象总是从类中创建而来的。

class-free

但 JavaScript 其实是一门无类(class-free)语言，也正因为如此，生搬单例模式的概念并无意义。在 JavaScript 中创建对象的方法非常简单，既然我们只需要一个“唯一”的对象，为什 么要为它先创建一个“类” 呢?这无异于穿棉衣洗澡，传统的单例模式实现在 JavaScript 中并 不适用。

1.使用命名空间

适当地使用命名空间，并不会杜绝全局变量，但可以减少全局变量的数量。 最简单的方法依然是用对象字面量的方式:

var namespace1 = {
  a: function() {
    alert(1)
  },
  b: function() {
    alert(2)
  },
}

2.使用闭包封装私有变量

这种方法把一些变量封装在闭包的内部，只暴露一些接口跟外界通信:

var namespace = {
  getSingleton: (function() {
    // BEGIN iife
    var singleton
    return function() {
      if (!singleton) {
        singleton = {
          amethod: function() {
            console.log('amethod')
          },
        }
      }
      return singleton
    }
  })(), // END iife
}
// Invoke: namespace.getSingleton().amethod()

ES6

ES6 里有了模块和类的概念，实现起来会变得不一样：

const singleton = Symbol();
const singletonEnforcer = Symbol();

class SingletonEnforcer {
  constructor(enforcer) {
    if (enforcer !== singletonEnforcer) {
      throw new Error('Cannot construct singleton');
    }

    this._type = 'SingletonEnforcer';
  }

  static get instance() {
    if (!this[singleton]) {
      this[singleton] = new SingletonEnforcer(singletonEnforcer);
    }

    return this[singleton];
  }

  singletonMethod() {
    return 'singletonMethod';
  }

  static staticMethod() {
    return 'staticMethod';
  }

  get type() {
    return this._type;
  }

  set type(value) {
    this._type = value;
  }
}

export default SingletonEnforcer;

Typescript

TypeScript 中有了 private等概念，实现起来会更加有趣。

让我们想象一下，我们想要一个跟踪温度的类。在这个系统中，我们希望有一个入口，可以改变温度。这就是 Singleton类 的样子：

class Singleton {
  private static instance: Singleton;
  private _temperature: number;
  private constructor() { }
  static getInstance() {
    if (!Singleton.instance) {
      Singleton.instance = new Singleton();
      Singleton.instance._temperature = 0;
    }
    return Singleton.instance;
  }
  get temperature(): number {
    return this._temperature;
  }
  set temperature(score) {
    this._temperature = score;
  }
  increaseTemperature(): number {
    return this._temperature += 1;
  }
  decreaseTemperature(): number {
    return this._temperature -= 1;
  }
}

const myInstance = Singleton.getInstance();
console.log(myInstance.temperature); // 0

上面的实现有一下几点需要注意：

• 构造函数 constructor 前面使用了 private 修饰：这意味着我们将无法使用 new 关键字实例化该类。
• 我们首先检查我们是否有一个类的实例 instance，如果没有，我们将创建并返回实例本身。

如果使用 new 关键字创建对象：

const myInstance = new Singleton(); // Constructor of class 'Singleton' is private and only accessible within the class declaration.

根据上面的例子，我们也可以访问 temperature 属性。现在让我们设置温度值并将其增加/减少几次：

console.log(myInstance.temperature = 25); // 25
console.log(myInstance.increaseTemperature()); // 26
console.log(myInstance.increaseTemperature()); // 27
console.log(myInstance.decreaseTemperature()); // 26

小结

在 java 中，单例模式根据是否 lazy loading （懒汉模式/饿汉模式）以及是否线程安全，分为很多种实现方式。而在 JS 中，我们不用关注线程安全的问题，因此无论是代码复杂度还是实现难度都会低很多。

参考

• es6-design-patterns
• Singleton pattern in ES6
• The Singleton pattern in JavaScript: not needed
• JavaScript设计模式与开发实践
• 设计模式
• Singleton Pattern in TypeScript