詳解Go語言設計模式之單例模式
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(chuàng)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(shù)據(jù)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(xiàn))
- 如果你需要限制對某些空間的調用數(shù)量,你可以創(chuàng)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(shù)器
我們可以寫一個計數(shù)器,它的功能是用于保存它在程序執(zhí)行期間被調用的次數(shù)。這個計數(shù)器的需要滿足的幾個要求:
- 當之前沒有創(chuàng)建過計數(shù)器
count
時,將創(chuàng)建一個新的計數(shù)器count = 0
- 如果已經創(chuàng)建了一個計數(shù)器,則返回此實例實際保存的
count
數(shù) - 如果我們調用方法
AddOne
一次,計數(shù)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(xiàn)單例模式沒有像靜態(tài)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(shù):
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(shù)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(chuàng)建委托給一個未知的包,而這個對象在創(chuàng)建或檢索對象時可能失敗。我們還將當前的計數(shù)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(xiàn)
最后,我們必須實現(xiàn)單例模式。正如我們前面提到的,通常做法是寫一個靜態(tài)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(chuàng)建一個結構體,其中包含我們想要保證的對象 在程序執(zhí)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(chuàng)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(chuàng)建一個實例 instance = new(singleton)
。
Addone()
方法將獲取變量實例的計數(shù),并逐個加 1,然后返回當前計數(shù)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(yōu)缺點
優(yōu)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(jié)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(huán)境下需要進行特殊處理, 避免多個線程多次創(chuàng)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(chuàng)建模擬對象。 由于單例類的構造函數(shù)是私有的, 而且絕大部分語言無法重寫靜態(tài)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。
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