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詳解Go語言設計模式之單例模式_Golang

作者：宇宙之一粟 ? 更新時間： 2022-11-29 編程語言

單例模式的概念

單例模式很容易記住。就像名稱一樣，它只能提供對象的單一實例，保證一個類只有一個實例，并提供一個全局訪問該實例的方法。

在第一次調用該實例時被創建，然后在應用程序中需要使用該特定行為的所有部分之間重復使用。

單例模式結構

單例模式的使用場景

你會在許多不同的情況下使用單例模式。比如：

  • 當你想使用同一個數據庫連接來進行每次查詢時
  • 當你打開一個安全 Shell（SSH）連接到一個服務器來做一些任務時。 而不想為每個任務重新打開連接
  • 如果你需要限制對某些變量或空間的訪問，你可以使用一個單例作為 作為這個變量的門（在 Go 中使用通道可以很好地實現）
  • 如果你需要限制對某些空間的調用數量，你可以創建一個單例實例使得這種調用只在可接受的窗口中進行

單例模式還有跟多的用途，這里只是簡單的舉出一些。

單例模式例子：特殊的計數器

我們可以寫一個計數器，它的功能是用于保存它在程序執行期間被調用的次數。這個計數器的需要滿足的幾個要求：

  • 當之前沒有創建過計數器 count 時，將創建一個新的計數器 count = 0
  • 如果已經創建了一個計數器，則返回此實例實際保存的 count 數
  • 如果我們調用方法 AddOne 一次，計數 count 必須增加 1

在這個場景下，我們需要有 3 個測試來堅持我們的單元測試。

第一個單元測試

與 Java 或 C++ 這種面向對象語言中不同，Go 實現單例模式沒有像靜態成員的東西（通過 static 修飾），但是可以通過包的范圍來提供一個類似的功能。

首先，我們要為單例對象編寫包的聲明：

package singleton

type Singleton struct {
	count int
}

var instance *Singleton

func init() {
	instance = &Singleton{}
}

func GetInstance() *Singleton {
	return nil
}

func (s *Singleton) AddOne() int {
	return 0
}

然后，我們通過編寫測試代碼來驗證我們聲明的函數：

package singleton

import (
	"testing"
)

func TestGetInstance(t *testing.T) {
	count := GetInstance()

	if count == nil {

		t.Error("A new connection object must have been made")
	}

	expectedCounter := count

	currentCount := count.AddOne()
	if currentCount != 1 {
		t.Errorf("After calling for the first time to count, the count must be 1 but it is %d\n", currentCount)

	}

	count2 := GetInstance()
	if count2 != expectedCounter {
		t.Error("Singleton instances must be different")
	}

	currentCount = count2.AddOne()

	if currentCount != 2 {
		t.Errorf("After calling 'AddOne' using the second counter, the current count must be 2 but was %d\n", currentCount)
	}
}

第一個測試是檢查是顯而易見，但在復雜的應用中，其重要性也不小。當我們要求獲得一個計數器的實例時，我們實際上需要得到一個結果。

我們把對象的創建委托給一個未知的包，而這個對象在創建或檢索對象時可能失敗。我們還將當前的計數器存儲在變量 expectedCounter 中，以便以后進行比較。即：

	currentCount := count.AddOne()
	if currentCount != 1 {
		t.Errorf("After calling for the first time to count, the count must be 1 but it is %d\n", currentCount)

	}

運行上面的代碼：

$ go test -v -run=GetInstance .
=== RUN   TestGetInstance
    singleton_test.go:12: A new connection object must have been made
    singleton_test.go:19: After calling for the first time to count, the count must be 1 but it is 0
    singleton_test.go:31: After calling 'AddOne' using the second counter, the current count must be 2 but was 0
--- FAIL: TestGetInstance (0.00s)
FAIL
FAIL    github.com/yuzhoustayhungry/GoDesignPattern/singleton   0.412s
FAIL

單例模式實現

最后，我們必須實現單例模式。正如我們前面提到的，通常做法是寫一個靜態方法和實例來檢索單例模式實例。

在 Go 中，沒有 static 這個關鍵字，但是我們可以通過使用包的范圍來達到同樣的效果。

首先，我們創建一個結構體，其中包含我們想要保證的對象 在程序執行過程中成為單例的對象。

package singleton

type Singleton struct {
	count int
}

var instance *Singleton

func init() {
	instance = &Singleton{}
}

func GetInstance() *Singleton {
	if instance == nil {
		instance = new(Singleton)
	}

	return instance
}

func (s *Singleton) AddOne() int {
	s.count++
	return s.count
}

我們來分析一下這段代碼的差別，在 Java 或 C++ 語言中，變量實例會在程序開始時被初始化為 NULL。 但在 Go 中，你可以將結構的指針初始化為 nil，但不能將一個結構初始化為 nil （相當于其他語言的 NULL）。

所以 var instance *singleton* 這一語句定義了一個指向結構的指針為 nil ，而變量稱為 instance。

我們創建了一個 GetInstance 方法，檢查實例是否已經被初始化（instance == nil），并在已經分配的空間中創建一個實例 instance = new(singleton)。

Addone() 方法將獲取變量實例的計數，并逐個加 1，然后返回當前計數器的值。

再一次運行單元測試代碼：

$ go test -v -run=GetInstance .
=== RUN   TestGetInstance
--- PASS: TestGetInstance (0.00s)
PASS
ok      github.com/yuzhoustayhungry/GoDesignPattern/singleton   0.297s

單例模式優缺點

優點：

  • 你可以保證一個類只有一個實例。
  • 你獲得了一個指向該實例的全局訪問節點。
  • 僅在首次請求單例對象時對其進行初始化。

缺點：

  • 違反了單一職責原則。?該模式同時解決了兩個問題。
  • 單例模式可能掩蓋不良設計，?比如程序各組件之間相互了解過多等。
  • 該模式在多線程環境下需要進行特殊處理，?避免多個線程多次創建單例對象。
  • 單例的客戶端代碼單元測試可能會比較困難，?因為許多測試框架以基于繼承的方式創建模擬對象。?由于單例類的構造函數是私有的，?而且絕大部分語言無法重寫靜態方法，?所以你需要想出仔細考慮模擬單例的方法。?要么干脆不編寫測試代碼，?或者不使用單例模式。

原文鏈接：https://juejin.cn/post/7156185032195833863

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