设计模式——单例模式

概念

单例模式（Singleton Pattern）：确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例，这个类称为单例类，它提供全局访问的方法。单例模式是一种对象创建型模式

对象创建型模式：专注于对象的实例化和创建过程。它们提供了一种创建对象的方式，以使系统更加灵活和具有扩展性

要点

• 某个类只能有一个实例；
• 它必须自行创建这个实例；
• 它必须自行向整个系统提供这个实例

主要优点

（1）单例模式提供了对唯一实例的受控访问。因为单例类封装了它的唯一实例，所以它可以严格控制客户怎样以及何时访问它。

（2）由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以节约系统资源。对于一些需要频繁创建和销毁的对象，单例模式无疑可以提高系统的性能。

（3）允许可变数目的实例。基于单例模式，开发人员可以进行扩展，使用与控制单例对象相似的方法来获得指定个数的实例对象，既节省系统资源，又解决了由于单例对象共享过多有损性能的问题。

主要缺点

（1）单例模式提供了对唯一实例的受控访问

（2）由于在系统内存中只存在一个对象，对于一些需要频繁创建和销毁的对象，单例模式无疑可以提高系统的性能。

（3）允许可变数目的实例。

适用场景

（1）系统只需要一个实例对象。

（2）客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点。除了该公共访问点，不能通过其他途径访问该实例

javascript 实现代码

const Singleton = (function() {
  let instance;

  function createInstance() {
    // 在这里可以放一些初始化逻辑
    return {
      someMethod: function() {
        // 添加单例的方法和逻辑
      }
    };
  }

  return {
    getInstance: function() {
      if (!instance) {
        instance = createInstance();
      }
      return instance;
    }
  };
})();

// 使用单例
const instance1 = Singleton.getInstance();
const instance2 = Singleton.getInstance();

console.log(instance1 === instance2); // 输出 true，因为它们是同一个实例

typescript 实现代码

class Singleton {
  private static instance: Singleton | null = null;

  private constructor() {
    // 这里可以放一些初始化逻辑
  }

  public static getInstance(): Singleton {
    if (!Singleton.instance) {
      Singleton.instance = new Proxy(new Singleton(), {
        get: function(target, prop, receiver) {
          if (prop === 'instance') {
            return undefined; // 防止通过 instance 直接访问实例
          }
          return Reflect.get(target, prop, receiver);
        }
      });
    }
    return Singleton.instance as Singleton;
  }

  public someMethod() {
    // 在这里添加单例的方法和逻辑
  }
}

// 使用单例
const instance1 = Singleton.getInstance();
const instance2 = Singleton.getInstance();

console.log(instance1 === instance2); // 输出 true，因为它们是同一个实例

C# 实现

public class Singleton
{
    private static Singleton instance;
    private static readonly object lockObj = new object();

    private Singleton() { }

    public static Singleton GetInstance()
    {
        if (instance == null)
        {
            lock (lockObj)
            {
                if (instance == null)
                {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

java实现代码

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

python 实现代码

def singleton(cls):
    instances = {}

    def get_instance(*args, **kwargs):
        if cls not in instances:
            instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
        return instances[cls]

    return get_instance

@singleton
class SingletonClass:
    def __init__(self, value):
        self.value = value

# 使用单例类
instance1 = SingletonClass(10)
instance2 = SingletonClass(20)

print(instance1.value)  # 输出：10
print(instance2.value)  # 输出：10，因为使用的是同一个实例