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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正在学习设计模式，不正确的地方欢迎拍砖指正。