讲解

一个城市的供水总闸只有一个，谁家用水都从它来——装两个总闸不是更方便，而是灾难（水压互相干扰）。软件里也有这样的角色：全局配置、连接池、日志聚合器，它们的语义就是「全系统独一份」，多实例不仅浪费，还可能引发状态不一致。单例模式就是保证「一个类只有一个实例，并提供全局访问点」的模式。

GoF 经典实现有三个要素：私有构造函数（堵住外部 new）、私有静态字段保存唯一实例、公开的静态方法 getInstance() 负责惰性创建（第一次调用时才 new）。惰性初始化（lazy initialization）的意思是实例在第一次被需要时才创建，避免程序启动时白白构造。

但用 TypeScript/Node.js 写代码时必须知道一个更现代的观点：ES 模块本身就是单例。一个模块在进程里只被加载执行一次，导出的对象天然全进程唯一。所以很多场景里，直接 export const config = { ... } 就是单例，根本不需要类。GoF 式写法仍有价值的地方是：需要惰性、需要在创建时做复杂初始化、或需要把「可替换实现」留给测试的时候。

单例最大的争议在于它和依赖注入的冲突。单例本质上是全局状态：谁都能在任何角落摸到它，依赖关系从代码里隐身了；写单元测试时，一个测试改动的全局状态会泄漏到下一个测试。工程上的共识是：把单例藏在系统入口（composition root），业务代码一律通过构造函数接收依赖——也就是说，「实例只有一个」这个事实应该由入口的装配方式保证，而不是由类自己锁死。

示例

经典的惰性单例，以及与之对比的「模块即单例」写法：

import assert from 'node:assert/strict';

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

  readonly env = 'production';
  readonly retries = 3;

  // 私有构造函数：外部无法 new
  private constructor() {}

  // 惰性初始化：第一次调用才真正创建
  static getInstance(): AppConfig {
    if (AppConfig.instance === null) {
      AppConfig.instance = new AppConfig();
    }
    return AppConfig.instance;
  }
}

// const c = new AppConfig(); // 若取消注释：编译错误，构造函数是 private
const a = AppConfig.getInstance();
const b = AppConfig.getInstance();
assert.equal(a, b); // 严格相等：同一个对象
assert.equal(a.env, 'production');

// 对比：ES 模块只加载一次，导出的对象天然是单例
const config = { env: 'production', retries: 3 };
function useConfig(): string {
  return config.env + '/' + String(config.retries);
}
assert.equal(useConfig(), 'production/3');

console.log('两次 getInstance 是同一实例：' + String(a === b) + '，env=' + a.env);

assert.equal(a, b) 用的是严格相等（引用比较），证明两次拿到的确实是同一个对象。private constructor 是 TypeScript 编译期的硬约束——试图 new AppConfig() 连编译都过不去，这比运行时才报错的实现更省心。

常见坑

  • 把单例当成「全局变量的合法化外衣」：任何够得着 getInstance 的地方都能改它，依赖关系彻底隐身——这是单例被骂得最多的原因。
  • 测试之间状态泄漏：上一个用例改了单例的字段，下一个用例拿到的是脏状态。对策是业务代码依赖注入，只在测试里注入新实例。
  • 多线程/多进程误以为仍唯一：Node.js 的 worker_threads、多实例部署下每个进程各有一份「单例」；需要跨进程唯一性时单例模式帮不上忙。
  • 该用模块导出却套类层级：TypeScript 项目里 export 一个对象往往就够了，GoF 式类写法要给出「需要惰性/可替换」的理由。
  • 在构造函数里做重活还自称惰性：getInstance 首次调用发生在不可控的时机，重初始化应该显式化（如 init() 方法），别赌调用时机。

小结

单例保证唯一实例 + 全局访问点，TypeScript 里 private constructor + 静态 getInstance 即可实现；但 ES 模块导出往往已够用，且业务代码应靠依赖注入拿依赖而非主动够单例。下一章：当对象构造参数多、步骤长时，用建造者模式把装配过程摊开。