面向對象編程思想--單例模式

来源:http://www.cnblogs.com/zhaopei/archive/2017/03/13/Single.html
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世界上本來沒有設計模式。用的人多了，也就成了設計模式。所以，我們不是嚴格按照它的定義去執行，可以根據自己的實際場景、需求去變通。領悟了其中的思想，實現屬於自己的設計模式。 你肯定有過這樣的體會。某某時候，聽人說起**模式。這麼牛逼，回去得看看。結果仔細一看原來自己早就是這麼用了，只是不知道它還有個這... ...


世界上本來沒有設計模式。用的人多了，也就成了設計模式。所以，我們不是嚴格按照它的定義去執行，可以根據自己的實際場景、需求去變通。領悟了其中的思想，實現屬於自己的設計模式。
你肯定有過這樣的體會。某某時候，聽人說起**模式。這麼牛逼，回去得看看。結果仔細一看原來自己早就是這麼用了，只是不知道它還有個這麼高大上的名字。當然，專業的名字方便我們業內交流和教學，對技術的發展和傳播起著重要的作用。

廢話不多說，和我一起來學習這些高大上的術語吧。本系列《設計模式學習》，通過對傳統面向對象編程語言C#和函數為第一等的元素的javascript語言來對比學習加深對設計模式的領悟和運用。

定義

單例模式
個人理解：只能存在一個實例
官方解釋：保證一個類僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點。

C#代碼示例

示例1

public static class Singleton
{
   //TODO
}

表激動，它確實不是我們平時使用的單例模式。它只是個靜態對象。但是，我覺得也是可以當成單例來使用的。
當然，肯定有它的不足，不然也不會去搞個單例模式了。

  • 致命的缺點，不能繼承類也不能實現介面。
  • 靜態類中所有方法、欄位必須是靜態的。
  • 你無法控制它的初始化。
  • 靜態類我們一般都是用來編寫和業務無關的基礎方法、擴展方法。而單例類是一個實例類，一般和業務相關。

示例2

public class Singleton
{
    public static Singleton singleton = new Singleton();   
}
Console.WriteLine(Singleton.singleton.Equals(Singleton.singleton));//true

其實它是個假單例

Singleton s1 = new Singleton();
Singleton s2 = new Singleton();
Console.WriteLine(s1.Equals(s2));//false

且有缺點

  • 在類被載入的時候就自動初始化了singleton
  • singleton應該被定義為只讀屬性

示例3

public class Singleton
{
    public static readonly Singleton singleton = new Singleton();//自讀欄位
    private Singleton()//禁止初始化
    {
    }
}

這是一個比較簡單的單例，但是自動化初始變數還是存在

示例4

public class Singleton
{
    public static Singleton singleton = null;

    public static Singleton GetSingleton()
    {
        if (singleton == null)
        {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
    private Singleton()//禁止初始化
    {
    }
}

如此一來，我們就可以在調用GetSingleton方法的時候再去實例話了。註意：實例化之後singleton變數值不能再被GC回收了，因為它是個靜態變數。
如此就算完事了嗎？不，如果多線程同時執行的時候還是會出現多個實例。

public class Singleton
{
    public static Singleton singleton = null;

    public static Singleton GetSingleton()
    {
        if (singleton == null) //線程二執行到這裡singleton == null為true，會繼續下麵實例Singleton
        {
           //線程一執行到這裡
            Thread.Sleep(1000);//假設這還有段耗時邏輯（也可以理解併發極限）
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
    private Singleton()//禁止初始化
    {
    }
}

所以還需要繼續改進

示例5

public class Singleton
{
    public static Singleton singleton = null;
    private static object obj = new object();

    public static Singleton GetSingleton()
    {
        if (singleton == null) //下麵有鎖了為什麼還要判斷，因為鎖會阻塞線程。而singleton被實例化後這個判斷永遠為false，不在需要鎖。
        {
            lock (obj)
            {
                //這裡代碼只可能存在一個線程同時到達
                if (singleton == null)
                {
                    Thread.Sleep(1000);
                    singleton = new Singleton();
                } 
            } 
        }
        return singleton;
    }
    private Singleton()//禁止初始化
    {
    }
}

這就是我們常見的單例類代碼了。當然你也可以改成讀取屬性的方式。但區別不大。

public class Singleton
{
    private static Singleton singleton = null;
    private static object obj = new object(); 
    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (singleton == null)
            {
                lock (obj)
                {
                    if (singleton == null)
                    {
                        singleton = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return singleton;
        } 
    }
    private Singleton()//禁止初始化
    {
    }
}

C#使用場景

上面用了那麼多的筆墨分析單例模式的使用，可是我們在什麼場景下使用單例呢？
最典型的就是配置文件的讀取，通常我們的配置文件是在程式第一次啟動的時候讀取，運行中是不允許修改配置文件的。

public class ConfigInfo
{
    private static ConfigInfo singleton = null;
    private static object obj = new object();
    public static ConfigInfo Instance
    {
        get
        {
            if (singleton == null)
            {
                lock (obj)
                {
                    if (singleton == null)
                    {
                        singleton = new ConfigInfo(); 
                        //從配置文件讀取並賦值
                        singleton.Email = "[email protected]";
                        singleton.EmailUser = "農碼一生";
                        singleton.EmailPass = "***********";
                    }
                }
            }
            return singleton;
        }
    }

    public string Email { get; private set; }
    public string EmailUser { get; private set; }
    public string EmailPass { get; private set; } 

    private ConfigInfo()//禁止初始化
    {
    }
}

調用

var emailInfo = ConfigInfo.Instance;
EmailSend(emailInfo.Email,emailInfo.EmailUser,emailInfo.EmailPass);

好了，C#中的單例模式大概就這樣了。

JS代碼示例

js和C#是不同的，一個是"無類"語言，一個是傳統的面向對象語言。而在js中的單例就比較簡單了。比如我們熟悉的window對象。
那麼我們怎麼在js中實現自己的單例模式呢？方法很多，先來個簡單的：

示例1

var Singleton = {
    name: "農碼一生",
    getName: function () {
        return this.name;
    }  
}

這就是一個最簡單的單例，通過字面量創建一個對象。看著是不是非常像C#中的靜態類？但是，它不存在靜態類中的缺點。
繼承毫無壓力：

var Person = {
    age: 27
}

var Me = Person;
Me.name = "農碼一生";
Me.getName = function () {
    return this.name;
}
Me.getAge = function () {
    return this.age;
}

雖然如此，但它並不完美。按理說欄位不應該被外界隨意修改的。可是js“無類”，更別說私有欄位了。幸運的是js中有無處不在的閉包。
示例2

var Singleton = (function () {
    var name = "農碼一生";   
    return {
        getName: function () {
            return name;
        }
    }
})();

如此一來，我們就實現了一個單例模式。經過前面對C#單例的分析，我們希望在使用的時候才去實例話對象怎麼辦？（且不要小看這個惰性載入，在實際開發中作用可大著呢。）
示例3

var Singleton = (function () {

    var Person = function () {
        this.name = "農碼一生";
    }
    Person.prototype.getName = function () {
        return this.name;
    };
    var instance;
    return {
        getInstance: function () {
            if (!instance) {
                instance = new Person();
            }
            return instance;
        }
    }
})();

var person1 = Singleton.getInstance();
var person2 = Singleton.getInstance();
console.log(person1 === person2);//true

這算是js中比較標準的單例模式了。可能有同學會問，之前C#的時候我記得加了lock鎖的啊。這裡怎麼就算比較標準了呢。不要忘記，==js天生的單線程，後臺天生的多線程==。這就是區別。
為了職責的單一，我應該改寫成
示例4

var Person = function () {
    this.name = "農碼一生";
}
Person.prototype.getName = function () {
    return this.name;
};
    
var Singleton = (function () {
    var instance;
    return {
        getInstance: function () {
            return instance ||  (instance = new Person(););//簡化if判斷
        }
    }
})();

我們很多時候都會使用到單例，那我們可否把一個對象變成單例的過程抽象出來呢。如下：
示例5

//通用的創建單例對象的方法
var getSingle = function (obj) {
    var instance;
    return function () {
        return instance || (instance = new obj());
    }
};

var PersonA = function () {
    this.name = "農碼一生";
}

var PersonB = function () {
    this.name = "農碼愛妹子";
} 

var singlePersonA = getSingle(PersonA);//獲取PersonA的單例
var singlePersonB = getSingle(PersonB);//獲取PersonB的單例
var a1 = singlePersonA();
var a2 = singlePersonA();
var a3 = singlePersonB();
var a4 = singlePersonB();
console.log(a1 === a2);//true
console.log(a3 === a4);//true
console.log(a1 === a3);//false

有沒有頭暈暈的，習慣就好了。你會說，我直接用最開始的全局變數字面量對象得了，可你不要忘記會造成變數名的污染。

JS使用場景

我們在做Tab也切換的時候就可以用到單例模式。在此，我們做個非單例和單例的比較
示例6非單例：

//獲取tab1的html數據
var getTab1Html = function () {
    this.url = "/tab/tab1.json";
    //$.get(this.url, function (data) {
    //    //這裡獲取請求到的數據，然後載入到tab頁面
    //}, "json");
    console.log("執行");
}

var getTab2Html = function () {
    this.url = "/tab/tab2.json";
    //$.get(this.url, function (data) {
    //    //這裡獲取請求到的數據，然後載入到tab頁面
    //}, "json");
    console.log("執行");
} 

//點擊tab1的時候載入tab1的數據
$("#tab1").on("click", function () {
    getTab1Html();
})
$("#tab2").on("click", function () {
    getTab2Html();
})

我們發現沒點擊一次tab的時候會請求一次後臺數據，然後載入頁面。這是不是有點傻。正確的姿勢應該是第一次點擊的時候載入，後面不在請求載入。那麼我們就可以使用單例模式了。
示例7單例：

//獲取tab1的html數據
var getTab1Html = function () {
    this.url = "/tab/tab1.json";
    //$.get(this.url, function (data) {
    //    //這裡獲取請求到的數據，然後載入到tab頁面
    //}, "json");
    console.log("執行");
}

var getTab2Html = function () {
    this.url = "/tab/tab2.json";
    //$.get(this.url, function (data) {
    //    //這裡獲取請求到的數據，然後載入到tab頁面
    //}, "json");
    console.log("執行");
} 

var loadTab1 = getSingle(getTab1Html);
var loadTab2 = getSingle(getTab2Html);

//點擊tab1的時候載入tab1的數據
$("#tab1").on("click", function () {
    loadTab1();
})
$("#tab2").on("click", function () {
    loadTab2();
})

此時，我們無論點擊多少此tab。它也只會在第一次點擊的時候請求載入頁面數據了。
 

註意：

  • JS中不建議使用全局變數來達到單例的效果
    • 其一，會引起變數名的全局污染
    • 其二，不能惰性載入。
  • C#中不建議使用靜態類來達到單例的效果
    • 其一，不能繼承類和介面
    • 其二，內部變數和方法必須靜態。
  • 單例模式中實例變數要慎用。因為一個單例很可能被多處操作（修改了變數），從而影響的預期效果。
     

設計模式之所以能成為設計模式，也是在不斷嘗試、改進後得到的最佳實踐而已。所以，我們不需要生搬硬套，適合的才是最好的。在此，關於單例模式的學習到此結束。謝謝您的閱讀。
本文已同步至索引目錄：《設計模式學習》
本文demo：https://github.com/zhaopeiym/BlogDemoCode


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