单例设计模式：管理应用程序中的全局状态

您是否曾经发现自己正在处理需要在应用程序的多个部分之间共享的对象（可能是数据库连接、WebSocket 客户端或配置管理器）？

如何管理这样的对象，使其在整个应用程序或进程生命周期中保持一致且可访问？这就是单例设计模式发挥作用的地方。

概述

Singleton 是一种创意设计模式，它是一类设计模式，用于处理使用 new 创建对象的本机方式所带来的不同问题。 关键字或运算符。

单例设计模式专注于解决两个主要问题：

1. 我们如何为我们的实例提供全球访问点？
2. 我们如何确保一个类或某一特定类型的对象只有一个实例？

它可以简化和标准化我们管理特定种类或类型的全局状态的方式，例如数据库连接、WebSocket 客户端、缓存服务或在整个应用程序生命周期中需要在内存中持久保存和变化的任何内容。

我们如何实现单例设计模式？

上面的模式转换为这个 TypeScript 类：

TypeScript 示例

class Singleton {
  private static instance: Singleton
  // other properties...
  public authorName: string

  private constructor({ authorName }: { authorName: string }) {
    this.authorName = authorName
  }

  public static getInstance(params) {
    if (!this.instance) {
      this.instance = new Singleton(params)
    }
    return this.instance
  }
  // other methods...
}

• 类应该定义一个静态属性来存储唯一可共享的实例。

关键字 static 意味着实例对象不与类的实例关联，而是与类定义本身关联。

• 类的构造函数应标记为私有。获取类实例的唯一方法是调用 getInstance 静态方法。

const instance = Singleton.getInstance({ authorName: "Sidali Assoul" })


// let's imagine
const instance1 = Singleton.getInstance({ authorName: "Sidali Assoul" }) // "Sidali Assoul"
const instance2 = Singleton.getInstance({ authorName: "John Doe" }) // "Sidali Assoul"

我们可以通过调用与 Singleton 类关联的静态方法 getInstance 来使用上面的类。

getInstance 方法保证我们始终获得相同的实例，即使我们在代码库的不同位置多次实例化我们的类。

因此两个变量（instance1 和 instance2）共享同一个单例实例。

第一个实际场景

Prisma 是 JavaScript 生态系统中著名的 ORM。要在应用程序中使用 Prisma，您必须导入 PrismaClient，然后从中实例化一个对象。

class Singleton {
  private static instance: Singleton
  // other properties...
  public authorName: string

  private constructor({ authorName }: { authorName: string }) {
    this.authorName = authorName
  }

  public static getInstance(params) {
    if (!this.instance) {
      this.instance = new Singleton(params)
    }
    return this.instance
  }
  // other methods...
}

Prisma 客户端 以惰性方式连接到数据库，或者换句话说，仅当您第一次尝试查询或改变某个实体时。

const instance = Singleton.getInstance({ authorName: "Sidali Assoul" })


// let's imagine
const instance1 = Singleton.getInstance({ authorName: "Sidali Assoul" }) // "Sidali Assoul"
const instance2 = Singleton.getInstance({ authorName: "John Doe" }) // "Sidali Assoul"

每次将 prismaClient 导入到文件中时，都会从 PrismaClient 中创建一个新实例。因此，每次我们使用这些实例时，都会建立许多数据库连接。

import { PrismaClient } from "@prisma/client"

export const prismaClient = new PrismaClient()

许多打开的数据库连接会降低应用程序的性能，甚至可能导致数据库关闭，因为数据库通常只能处理有限数量的连接。

单例设计模式可以通过避免拥有多个 PrismaClient 类实例并通过 PrismaClientSingleton.getInstance() 静态方法提供单点访问它来帮助我们防止此类问题。

import { prismaClient } from "@/db"

const users = await prismaClient.user.findMany() // query on the users table

第二个实际场景

我们将要经历的另一个实际场景是

内存中速率限制器服务。

用户或黑客可以通过向特定端点发出大量请求来向其发送垃圾邮件。这可能会导致漏洞、意外成本或服务器故障。

为了防止这种情况，我们可以实现基本的内存速率限制器服务。

服务应限制特定时间窗口间隔（例如 60 秒）内每个

IP 地址的请求数量。

export const prismaClient = new PrismaClient() // a new instance is created every time it gets imported then used.

RateLimiterService 类存储一个映射，该映射跟踪由

IP 地址（映射键）标识的特定用户在给定时间窗口内发出的请求数 (requests[ip].count) (请求[ip].lastRequestTime).

我们的 RateLimiterService 旨在全局使用，或者换句话说，我们不想在每次导入 RateLimiterService 时重置由请求映射、限制和窗口变量组成的内部状态值。

结论

单例设计模式是有效管理应用程序中共享资源的强大工具

要点：

单例确保一个类只有一个实例并提供对其的全局访问点。
它对于管理数据库连接、配置设置或缓存等共享资源很有用。
实际应用包括优化与 Prisma 等 ORM 的数据库连接以及实施速率限制服务。

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