單例模式是一種常用的軟件設計模式,它所創建的對象只有一個實例,且該實例易于被外界訪問。單例對象由于只有一個實例,所以它可以方便地被系統中的其他對象共享,從而減少系統中的資源開銷。
單例模式的實現思路是:
單例模式的要點:
我們來看一下使用TypeScript實現單例模式的代碼示例:
class Singleton { // 私有靜態屬性,存儲唯一實例 private static instance: Singleton; // 私有構造函數,防止外部實例化 private constructor() {} // 向外部提供能夠共享訪問的唯一實例 public static getInstance(): Singleton { if (!Singleton.instance) { Singleton.instance = new Singleton(); } return Singleton.instance; } // 其他方法和屬性}const s1 = Singleton.getInstance(); const s2 = Singleton.getInstance();console.log(s1 === s2); // true上面代碼中,Singleton類的構造函數被private修飾,使其無法在類的外部通過new來創建實例。
getInstance方法首先會判斷實例是否存在,如果不存在才去新建實例,如果實例已存在則直接返回現有實例。這確保了整個程序中只會創建該類的一個實例。
測試代碼中,s1和s2實際上是獲取的是同一個實例對象。
圖片
單例模式的優點:
單例模式的缺點:
Singleton單例:在單例類的內部實現只生成一個實例,同時提供一個靜態方法getInstance()方法,讓用戶可以訪問它的唯一實例;為了防止在外部對單例類實例化,它的構造函數可見性為private;在單例類內部定義了一個Singleton類型的靜態屬性instance,作為提供給外部共享訪問的唯一實例。
餓漢式單例類:當類被加載時,靜態屬性instance會被初始化,此時類的私有構造函數會被調用,單例類的唯一實例將會被創建。
普通單例模式和餓漢式單例模式的區別:
下面我們使用TypeScript代碼實現一個餓漢式單例:
class Singleton { private static instance = new Singleton(); private constructor() {} public static getInstance() { return Singleton.instance; }}const s1 = Singleton.getInstance();const s2 = Singleton.getInstance(); console.log(s1 === s2); // true餓漢式單例由于在類加載時就完成了初始化,所以理論上它是線程安全的,在多線程環境下也能保證單例。
但餓漢式也有可能造成不必要的實例化,如果這個單例的實例對象較大,而客戶端又沒調用getInstance方法,那就會浪費內存。
其實懶漢式單例模式,就是前面提到的普通單例模式。
懶漢式單例模式實現代碼如下:
class Singleton { private static instance: Singleton; private constructor() {} public static getInstance(): Singleton { if (!Singleton.instance) { Singleton.instance = new Singleton(); } return Singleton.instance; }}但是,這種實現方式存在一個問題,就是在多線程環境下會存在安全隱患。
如果有兩個線程A和B,它們同時調用 getInstance 方法,并且實例還沒有被初始化,那么它們會同時執行 Singleton.instance = new Singleton();這行代碼。
這樣就會導致實際創建了兩個實例,違反了單例模式的初衷。
為了使懶漢式單例在多線程中也是安全的,我們可以對getInstance方法加鎖:
class Singleton { private static instance: Singleton; private constructor() {} public static getInstance(): Singleton { if (!Singleton.instance) { // 加鎖 lock() if (!Singleton.instance) { Singleton.instance = new Singleton(); } // 釋放鎖 unlock() } return Singleton.instance; }}這樣當一個線程進入該方法時,其它線程就只能等待,直到鎖被釋放后才能進入方法。
這就確保了單例實例的唯一性。這里的鎖機制可以使用互斥量mutex等各種鎖的實現。
以上是關于懶漢式單例線程安全性問題的一個補充說明。讓我們的單例模式實現更加健壯。
懶漢式相比餓漢式更加靈活,但需要處理多線程安全問題。餓漢式編寫簡單但不太高效。
在實際開發中,我們可以根據需求選擇合適的實現方式,也可以采用雙重校驗鎖等線程安全的懶漢式實現。
餓漢式單例類不能實現延遲加載,不管將來用不用,它始終占據內存;懶漢式單例類線程安全控制繁瑣,而且性能收到影響。對此,無論是餓漢式單例還是懶漢式單例都在一些問題,使用IoDH(Initialization on Demand Holder)可以結合兩者的優點,克服兩者的缺點實現性能和實現更優的單例模式。
IoDH是一種技術方案,它利用了類的靜態屬性來實現延遲加載和線程安全。要實現IoDH,只需在但李磊中增加靜態內部類即可,在該內部類中創建單例對象,再將該單例對象通過getInstance()方法返回給外部使用。
// 單例服務接口interface SingletonService { doSomething(): void; }// 單例服務類class SingletonServiceImpl implements SingletonService { doSomething() { console.log('Doing something...'); }}// IoC容器類class IoCContainer { private singleton: SingletonService; constructor() { this.singleton = new SingletonServiceImpl(); } getSingleton(): SingletonService { return this.singleton; }}// 測試代碼const container = new IoCContainer();const s1 = container.getSingleton();const s2 = container.getSingleton();console.log(s1 === s2); // true詳細解析一下使用IoC容器實現單例模式的代碼:
這樣通過IoC容器管理單例的創建,可以實現:
單例模式作為一種設計模式,由于具有明確的目的、簡單的結構和易于理解的特點,在軟件開發中使用頻率很高,在許多應用程序和框架中都有廣泛應用。
總之,單例模式是一種利用率較高的設計模式,其限制實例個數的特點可以帶來節省資源的優勢,但也可能導致擴展性較弱以及與語言環境不夠匹配等問題。在軟件設計中,開發者需要權衡考慮系統的需求和優缺點,適當使用單例模式。
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