设计模式 —— 单例模式

单例模式

单例是可以实例化一次并可以全局访问的类。这个单一实例可以在我们的应用程序中共享，这使得单例非常适合管理应用程序中的全局状态。

首先，让我们看一下使用 ES2015 类的单例是什么样子。对于这个例子，我们将构建一个 Counter 类，它具有：

返回实例的 getInstance 方法
返回 counter 变量当前值的 getCount 方法
将 counter 的值增加一的 increment 方法
将 counter 的值减一的 decrement 方法

let counter = 0;

class Counter {
  getInstance() {
    return this;
  }
  getCount() {
    return counter;
  }
  increment() {
    return ++counter;
  }
  decrement() {
    return --counter;
  }
}

然而，这个类并不是 Singleton。 Singleton 应该只能被实例化一次。而目前，我们可以创建多个 Counter 类的实例。

let counter = 0;

class Counter {
  getInstance() {
    return this;
  }
  getCount() {
    return counter;
  }
  increment() {
    return ++counter;
  }
  decrement() {
    return --counter;
  }
}

const counter1 = new Counter();
const counter2 = new Counter();

console.log(counter1.getInstance() === counter2.getInstance()); // false

counter1 和 counter2 上的 getInstance 方法返回的值实际上是不同实例的引用 —— 它们并不严格相等。

让我们确保只能创建 Counter 类的一个实例。

确保只能创建一个实例的一种方法是创建一个名为 instance 的变量。

在 Counter 的构造函数中，我们可以在创建新实例时将 instance 设置为对该实例的引用。我们可以通过检查 instance 变量是否已经有值来防止新的实例化。

let instance;
let counter = 0;

class Counter {
  constructor() {
    if (instance) {
      throw new Error("You can only create one instance!");
    }
    instance = this;
  }
  getInstance() {
    return this;
  }
  getCount() {
    return counter;
  }
  increment() {
    return ++counter;
  }
  decrement() {
    return --counter;
  }
}

const counter1 = new Counter();
const counter2 = new Counter(); // Error: You can only create one instance!

现在，我们无法再创建多个实例。

让我们从 counter.js 文件中导出 Counter 实例。但在此之前，我们应该先冻结实例。

Object.freeze 方法确保无法修改单例。也无法添加或修改冻结实例上的属性，这降低了意外覆盖单例上的值的风险。

// ...
const singletonCounter = Object.freeze(new Counter());
export default singletonCounter;

让我们看一下实现 Counter 示例的应用程序。我们有以下文件：

counter.js

包含 Counter 类，并导出 Counter 实例作为其默认导出

index.js

加载 redButton.js 和 blueButton.js 模块

redButton.js

导入 Counter ，并将 Counter 的 increment 方法添加为红色按钮的事件监听器，并记录当前值通过调用 getCount 方法来实现 counter

blueButton.js

导入 Counter ，并将 Counter 的 increment 方法作为事件侦听器添加到蓝色按钮，并记录当前值通过调用 getCount 方法来实现 counter

blueButton.js 和 redButton.js 都从 counter.js 导入相同的实例。该实例在两个文件中均作为 Counter 导入。

当我们在 redButton.js 或 blueButton.js 中调用increment``方法时，Counter 实例上的counter属性的值在两个文件中都会更新。

无论我们点击红色按钮还是蓝色按钮并不重要：所有实例之间共享相同的值。这就是为什么即使我们在不同的文件中调用该方法，计数器仍会以每次增加一个的方式增加。

权衡

将类的实例华数量限制为仅一个实例可能会节省大量内存空间。我们不必每次都为一个新实例设置内存，而只需为该一个实例设置内存，该实例在整个应用程序中都会被引用。

然而，单例实际上被认为是一种反模式，并且可以（或"应该"）在 JavaScript 中避免。

在许多编程语言中，例如 Java 或 C++，不可能像 JavaScript 那样直接创建对象。在那些面向对象的编程语言中，我们需要创建一个类，类创建一个对象。创建的对象具有类实例的值，就像 JavaScript 示例中 instance 的值一样。

并且，上面示例中显示的类实现实际上是多余的。由于我们可以直接在 JavaScript 中创建对象，因此我们可以简单地使用常规对象来实现完全相同的结果。让我们来看看使用单例的一些缺点！

使用常规对象实现一样的功能

让我们使用之前看到的相同示例。然而这一次， counter 只是一个包含以下内容的对象：

count 属性
将 count 的值增加一的 increment 方法
将 count 的值减一的 decrement 方法

let count = 0;

const counter = {
  increment() {
    return ++count;
  },
  decrement() {
    return --count;
  }
};

Object.freeze(counter);
export { counter };

由于对象是通过引用传递的，因此 redButton.js 和 blueButton.js 都导入对同一 counter 对象的引用。修改这两个文件中的 count 的值将修改 counter 上的值，该值在这两个文件中都可见。

测试

测试单例依赖的代码可能会很棘手。由于我们无法每次都创建新实例，因此所有测试都依赖于对上一次测试的全局实例的修改。

在这种情况下，测试的顺序很重要，一个小的修改可能会导致整个测试套件失败。测试完成后，我们需要重置整个实例，以重置测试所做的修改。

依赖隐藏

当导入另一个模块时，在这个例子是superCounter.js ，模块正在导入 Singleton 可能并不明显。

在其他文件中，例如本例中的 index.js ，我们可能会导入该模块并调用其方法。这样，我们就无意中修改了Singleton中的值。这可能会导致意外的行为，因为单例的多个实例可以在整个应用程序中共享，这些实例也都会被修改。

全局行为

Singleton 实例应该能够在整个应用程序中被引用。本质上是一个全局变量，表现出相同的行为：由于全局变量在全局范围内可用，因此我们可以在整个应用程序中访问这些变量。

拥有全局变量通常被认为是一个糟糕的设计决策。全局范围污染最终可能会意外覆盖全局变量的值，这可能会导致许多意外行为。

在 ES2015 中，创建全局变量相当罕见。新的 let 和 const 关键字通过将使用这两个关键字声明的变量保持在块范围内，可以防止开发人员意外污染全局范围。JavaScript 中的新 module 系统可以更轻松地创建全局可访问的值，而不会污染全局范围，因为能够从模块获取 export 值，以及 import 这些值在其他文件中。

然而，单例的常见用例是在整个应用程序中拥有某种全局状态。让代码库的多个部分依赖于同一个可变对象可能会导致意外的行为。

通常，代码库的某些部分会修改全局状态中的值，而其他部分则使用该数据。这里的执行顺序很重要：我们不想在没有数据可供使用时意外地首先使用数据！随着应用程序的增长，并且数十个组件相互依赖，理解使用全局状态时的数据流可能会变得非常棘手。

React 中的状态管理

在 React 中，我们经常通过 Redux 或 React Context 等状态管理工具来依赖全局状态，而不是使用单例。尽管它们的全局状态行为可能看起来与单例类似，但这些工具提供只读状态而不是单例的可变状态。使用 Redux 时，在组件通过调度程序发送操作后，只有纯函数reducer才能更新状态。

尽管使用这些工具并不会使全局状态的缺点消失，但我们至少可以确保全局状态按照我们预期的方式发生变化，因为组件无法直接更新状态。

参考:

Do React Hooks Replace Redux?

JavaScript Design Patterns: The Singleton

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React 中的状态管理