Javascript乱弹设计模式系列(6) － 单件模式(Singleton)
博客园谈设计模式的文章很多，我也受益匪浅，包括TerryLee、吕震宇等等的.NET设计模式系列文章，强烈推荐。对于我，擅长于前台代码的开发，对于设计模式也有一定的了解，于是我想结合Javascript来设计前台方面的“设计模式”，以对后台“设计模式”做个补充。开始这个系列我也诚惶诚恐，怕自己写得不好，不过我也想做个尝试，一来希望能给一些人有些帮助吧，二来从写文章中锻炼下自己，三来通过写文章对自己增加自信；如果写得不好，欢迎拍砖，我会虚心向博客园高手牛人们学习请教；如果觉得写得还可以，谢谢大家的支持了:)
这篇主要对于单件模式的各种代码形式进行归纳总结。可能大家没有经意，实际上，单件模式也许是我们日常前端JS开发中使用频率最高的设计模式了。
概述
在软件系统中，总有一些类只能或者必须产生一个实例对象，比如线程池，缓存，注册表等等；对于这种类，如果产生多个实例对象，就会出现各种异常状况；对于这种对象只要创建一次并且分配一次内存空间即可，所以这里也有个问题，对象所分配的内存空间的消耗，对于长期不使用的对象，这就产生资源浪费，所以利用单件模式，也可以按照需要来创建对象。
定义
单件模式确保一个类只有一个实例，并且提供一个全局访问点。
类图
分析
首先我们考虑到传统的编程语言如C#，单件模式中设置一个静态变量，可以这样表示：
{
static Singleton instance = null ;
//
}
Singleton的构造函数设置为私有，防止Singleton多次实例化，这样就可以有以下的静态方法：
{
get
{
if (instance == null )
{
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
这样只有在第一次实例化的时候，才创建对象；通过静态方法，得到唯一实例；
这个是C#中最简单的单件模式写法。而Javascript作为弱类型语言，有着它独特的地方，现在我就来介绍Javascript单件模式的几种形式：
1. 最基本的单件模式
name : " 匿名用户 " ,
sex : " 保密 " ,
setName : function (name){
this .name = name;
},
setSex : function (sex){
this .sex = sex;
},
getUserInfo : function () {
return " 用户名： " + this .name + " ；性别： " + this .sex;
}
}
这里定义了一个对象(LoginUser)，对象中包含了各种属性(name,sex)和方法(setName,setSex,getUserInfo)；
这样我新建一个HTML页面：
//
window.onload = function () {
alert(LoginUser.getUserInfo());
LoginUser.setName( " Leepy " );
LoginUser.setSex( " 男 " );
// alert(LoginUser.getUserInfo());
}
function test() {
alert(LoginUser.getUserInfo());
}
</ script >
< input type ="button" value ="test" onclick ="test();" />
可以发现，界面初始化时弹出的警告框为“用户名：匿名用户；性别：保密”，通过setName和setSex方法之后，点击按钮后弹出的警告框为“用户名：Leepy；性别：男”，说明在不同的方法作用域下，LoginUser保持着修改后的状态，因此LoginUser在页面中就保持着单一的状态。
我想大家一定也听过prototype的JS框架了吧（http://www.prototypejs.org），最新版本为（http://www.prototypejs.org/assets/2008/9/29/prototype-1.6.0.3.js），实际上在它的文件中包含着很多这样类似的代码，比如从文件一开头就可以发现：
Code
可以看出，Version、Browser、BrowserFeatures、ScriptFragment、JSONFilter作为Prototype对象的属性，而emptyFUnction、K作为Prototype对象的方法；因此它就是一个最基本的单件模式。
由于Javascript的语言特性，可以在后期动态添加，删除，修改属性：
如：LoginUser.age = 24; 那么LoginUser对象便增加了age属性；而如：delete LoginUser.name; 那么LoginUser对象就删除了name属性；而如：LoginUser.name = "cnblogs"; 那么LoginUser对象的“私有”属性不需要通过setName的“公有”方法仍然能够做出修改。
因为根据设计模式原则：对扩展开放而对修改关闭，显然违背了该条准则。为了防止这种情况的发生，到时候会引入闭包的方式，稍后会说明。
2. 命名空间的单件模式
命名空间可以很好地划分 属性和方法 的归属，以及可以防止 属性和方法 被轻易的修改，通过访问各自的命名空间得到对应我们想要的 属性和方法。这里还是以上面的LoginUser为例：
name : " 匿名用户 " ,
sex : " 保密 " ,
setName : function (name){
this .name = name;
},
setSex : function (sex){
this .sex = sex;
},
getUserInfo : function () {
return " 用户名： " + this .name + " ；性别： " + this .sex;
}
}
LoginUser.Mother = {
name : " 母亲姓名 " ,
career : " 职位 " ,
setName : function (name){
this .name = name;
},
setCareer : function (career){
this .career = career;
},
getUserInfo : function () {
return LoginUser.name + " 的母亲名字： " + this .name + " ；职业： " + this .career;
}
}
从代码中看出，这里我把LoginUser作为“命名空间”，而LoginUser.Mother作为它的一个“全局变量”，这样做的好处可以防止LoginUser的属性和方法被轻易地覆盖，通过LoginUser.××××，以致于LoginUser.××××.××××（如LoginUser.Mother.Brother）来划分 属性和方法 的归属，如LoginUser中的name属性和LoginUser.Mother中的name属性是区分开来的。
这样我新建一个HTML页面：
//
window.onload = function () {
LoginUser.setName( " Leepy " );
LoginUser.Mother.setName( " admin " );
LoginUser.Mother.setCareer( " 农民 " );
alert(LoginUser.Mother.getUserInfo());
}
</ script >
可以得到下面的弹出框：
LoginUser和LoginUser.Mother的name属性已经区分开来了。
在prototype.js文件中也用到命名空间的单件模式：
Code
这里实际上Class.create实现的是类的继承，具体这里我就不再阐述了，大家可以查看prototype官方的Api文档。
3. 闭包方式的单件模式
如果要得到真正意义上的“私有”成员，那么闭包方式是构造单件模式的一种选择。通过闭包的方式，只暴露一些可以公开的方法或者属性，而私有成员只在内部实现操作，而所有的属性和方法只需要实例化一次。现在开始继续看LoginUser的例子,闭包方式单件模式(左)对比第1条基本单件模式(右)的例子：
|
var
LoginUser
=
(
function
(){ var _name = " 匿名用户 " ; var _sex = " 保密 " ; return { setName : function (name){ _name = name; }, setSex : function (sex){ _sex = sex; }, getUserInfo : function (){ return " 用户名： " + _name + " ；性别： " + _sex; }, getName : function (){ return _name; } }; })(); |
var
LoginUser
=
{ _name : " 匿名用户 " , _sex : " 保密 " , setName : function (name){ this ._name = name; }, setSex : function (sex){ this ._sex = sex; }, getUserInfo : function () { return " 用户名： " + this ._name + " ；性别： " + this ._sex; } } |
可以发现，闭包方式将公共的方法放在return { ... }中，而属性_name和_sex做为参数传入return { ... }中；
现在两种方式都实现一下代码，测试一下：
LoginUser.setName( " Leepy " );
LoginUser.setSex( " 男 " );
alert(LoginUser._name);
}
可以得到闭包方式单件模式(左)对比第1条基本单件模式(右)如下两个结果：
 |
 |
可以看出闭包方式的LoginUser无法得到_name的值，而基本方式的LoginUser可以得到_name的值；
这进一步说明了闭包方式的_name已经成为“私有”成员属性了。而如果要得到_name的值，只有通过公开方法或者公开属性来获得，如下：
getName : function () {
return _name;
}
}
这样子，alert(LoginUser.getName()); 就可以显示正确的值了。
继续看prototype.js文件中，其实也用到闭包方式的单件模式：
Code
Class.create的第二个参数就是闭包方式的单件对象，这里的作用是将Hash对象继承于Enumerable类，并且包含了单件对象的公开方法如set,get,keys,values等等操作获取散列键值的方法。具体这里我就不再阐述了，大家可以查看prototype官方的Api文档。
4. 延迟加载的单件模式
上面介绍的各种方式都是在建立对象的时候，对象内部的成员都已经加载完毕，如果对于资源占用多的脚本，在不需要的时候，这对于内存造成了极大的浪费，所以要考虑一种方式将成员实例化推迟到需要调用对象的时候，也就是叫做延迟加载。
继续以LoginUser的例子作为演示：
var uniqueInstance;
var _name;
var _sex;
function constructor(){
_name = " 匿名用户 " ;
_sex = " 保密 " ;
return {
setName : function (name){
_name = name;
},
setSex : function (sex){
_sex = sex;
},
getUserInfo : function (){
return " 用户名： " + _name + " ；性别： " + _sex;
},
getName : function (){
return _name;
}
};
}
return {
getInstance : function () {
if (uniqueInstance == null )
{
uniqueInstance = constructor();
}
return uniqueInstance;
}
}
})();
可以看到，我这里添加了一个私有方法constructor()，并且由它来公开成员方法；
再则，当第一次调用getInstance方法的时候，调用contructor方法，并且对于成员属性_name和_sex进行初始化，说明通过调用getInstance方法才对属性进行初始化，平时不进行初始化，constructor()返回了一个uniqueInstance的对象，由uniqueInstance对象负责该单件对象的公开方法的操作。
然后新建一个HTML页面：
var user1 = LoginUser.getInstance();
user1.setName( " Leepy " );
user1.setSex( " 男 " );
alert(user1.getUserInfo()); // 用户名：Leepy；性别：男
var user2 = LoginUser.getInstance();
alert(user1 == user2); // user1和user2共享同一块内存空间，为true
}
只有通过LoginUser.getInstance()后，LoginUser才进行成员初始化，而方法返回的对象共享同一块的内存空间。这就是延迟加载单件模式的工作原理。
5. 其他
另外上次园里一位朋友(winter-cn)发我的一个单件设计模式的文章，觉得挺不错，它也是利用了“匿名”函数的特征构建了单件模式，我这里把代码贴出来一下：
( function (){
// instance declared
// SingletonFactory Interface
SingletonFactory = {
getInstance : getInstance
}
// private classes
function SingletonObject()
{
SingletonObject.prototype.methodA = function ()
{
alert( ' methodA ' );
}
SingletonObject.prototype.methodB = function ()
{
alert( ' methodB ' );
}
SingletonObject.instance = this ;
}
// SingletonFactory implementions
function getInstance()
{
if (SingletonObject.instance == null )
return new SingletonObject();
else
return SingletonObject.instance;
}
})();
var instA = null ;
try
{
alert( " 试图通过new SingletonObject()构造实例！ " );
instA = new SingletonObject();
}
catch (e){alert( " SingletonObject构造函数不能从外部访问，系统抛出了异常！ " );}
instA = SingletonFactory.getInstance(); // 通过Factory上定义的静态方法获得
var instB = SingletonFactory.getInstance();
instA.methodA();
instB.methodA();
alert(instA == instB); // 成功
var instC = null ;
try
{
alert( " 试图通过new SingletonObject()构造实例！ " );
instC = new SingletonObject();
}
catch (e){alert( " SingletonObject构造函数不能从外部访问，系统抛出了异常！ " );}
</ script >
总结
该篇文章用Javascript来设计单件模式的几种方式，在许多优秀的JS开源框架中，如prototype，MicrosoftAjaxLibrary，jQuery，MooTools等等，都包含着大量单件模式的应用，所以单件模式在Javascript中是很重要的一个模式。
附：源代码下载
本篇到此为止，谢谢大家阅读
！
参考文献：《Head First Design Pattern》
《Professional Javascript Design Patterns》
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