设计模式概述与单例模式的重要性

设计模式是软件工程领域的一个重要概念，它们提供了一系列经过验证的解决方案，帮助开发者解决常见的软件设计问题。单例模式，作为23种GoF设计模式之一，其核心思想是确保某个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。这种模式在需要控制资源消耗、优化性能，或者简化对象间通信的情况下尤其有用。

单例模式在前端开发中的应用场景

在前端开发中，单例模式常被用于以下几种场景：

• 资源管理：例如，使用单例模式封装LocalStorage或SessionStorage，可以确保对存储空间的统一管理和高效利用。
• 全局状态管理：在复杂的应用中，单例模式可以帮助管理全局状态，避免多个组件或服务之间产生冲突。
• 服务和工具类：对于那些不需要多次实例化的服务和工具类，如日志记录、网络请求等，单例模式可以提高性能，减少内存消耗。

在ES6中，利用class和static关键字可以简洁地实现单例模式：

class Storage {
    constructor() {
        if (Storage.instance) {
            throw new Error('Use getInstance() to get the single instance of this class.');
        }
        Storage.instance = this;
    }

    static getInstance() {
        if (!Storage.instance) {
            new Storage();
        }
        return Storage.instance;
    }

    getItem(key) {
        return localStorage.getItem(key);
    }

    setItem(key, value) {
        localStorage.setItem(key, value);
    }
}

这里的constructor检查是否已有实例，如果没有，则创建并保存；如果有，则抛出错误阻止重复创建。getInstance方法则负责返回这个唯一实例。这样，无论何时调用Storage.getInstance()，都会得到同一个实例，保证了单例性。

4. ES5及之前的单例模式实现

在不支持ES6的环境中，我们可以通过闭包来实现单例模式：

const Storage = (function() {
    let instance;

    function Storage() {
        if (instance) {
            throw new Error('Use getInstance() to get the single instance of this class.');
        }
        instance = this;
    }

    Storage.prototype.getItem = function(key) {
        return window.localStorage.getItem(key);
    };

    Storage.prototype.setItem = function(key, value) {
        window.localStorage.setItem(key, value);
    };

    Storage.getInstance = function() {
        if (!instance) {
            new Storage();
        }
        return instance;
    };

    return Storage;
})();

const storageInstance = Storage.getInstance();

这里，instance变量仅在此作用域内可见，从而保证了单例的特性。getInstance方法同样用于获取或创建实例。

增强功能：添加缓存机制

在单例模式的基础上，我们可以进一步增强Storage类的功能，比如添加一个简单的缓存机制，这有助于减少对本地存储的频繁读取，从而提升性能。

class Storage {
    constructor() {
        if (Storage.instance) {
            throw new Error('Use getInstance() to get the single instance of this class.');
        }
        Storage.instance = this;
        this.cache = {};
    }

    static getInstance() {
        if (!Storage.instance) {
            new Storage();
        }
        return Storage.instance;
    }

    getItem(key) {
        if (this.cache[key]) {
            return this.cache[key];
        }
        const value = localStorage.getItem(key);
        this.cache[key] = value;
        return value;
    }

    setItem(key, value) {
        localStorage.setItem(key, value);
        this.cache[key] = value;
    }

    clearCache() {
        this.cache = {};
    }
}

这里，我们引入了cache属性来存储最近读取的键值对。getItem方法首先尝试从缓存中读取数据，如果未找到，则从本地存储中读取，并将结果存入缓存。clearCache方法允许在必要时清空缓存，例如当本地存储数据发生变更后。

适配不同环境：sessionStorage和localStorage

为了使Storage类更加灵活，能够根据不同的需求选择使用sessionStorage或localStorage，我们可以增加一个配置选项：

class Storage {
    constructor(useSessionStorage = false) {
        if (Storage.instance) {
            throw new Error('Use getInstance() to get the single instance of this class.');
        }
        Storage.instance = this;
        this.storageType = useSessionStorage ? sessionStorage : localStorage;
        this.cache = {};
    }

    // ...其他方法不变...

    getItem(key) {
        if (this.cache[key]) {
            return this.cache[key];
        }
        const value = this.storageType.getItem(key);
        this.cache[key] = value;
        return value;
    }

    setItem(key, value) {
        this.storageType.setItem(key, value);
        this.cache[key] = value;
    }
}

现在，通过在构造函数中传入true，Storage实例将使用sessionStorage而不是默认的localStorage。

总结

单例模式虽然在一般情况下不会使用，但在大型企业开发项目上，会很有用，了解了单例模式，就可以应对面试官的一顿拷问。