1. 什么是全局变量？
全局变量（Global Variables）是指在函数外部定义、在整个程序中都可以访问的变量。它们的生命周期与程序一致，程序启动时被初始化，程序结束时才被释放。
在大多数语言中，全局变量通常定义在模块文件的顶部。这样，程序中任意位置定义的函数都可以访问和修改这些变量。
✅ 示例：
companyName = "My Company"
def printName():
print(companyName)
在这个例子中，companyName 是一个全局变量，printName() 函数可以直接访问它，尽管它在函数外部定义。
2. 为什么人们使用全局变量？
使用全局变量有几个显而易见的好处：
- ✅ 简化代码结构：只需定义一次，多个函数都可以访问，避免频繁传参。
- ✅ 适用于常量共享：比如程序中使用的配置项、固定值等。
- ✅ 快速开发：不需要设计复杂的封装结构，适合快速原型开发。
比如，我们可以用全局变量保存应用的配置信息：
DEBUG_MODE = True
MAX_RETRIES = 3
这样，整个项目都可以访问这些常量，提高一致性。
3. 全局变量的问题
虽然全局变量用起来方便，但它们带来的问题往往比便利更严重。
3.1. 意外修改导致的错误
全局变量可以被任意函数修改，一个变量的值一旦被错误修改，会影响整个程序的行为，而且这种错误很难追踪。
❌ 示例：
username = "Admin"
def storeUsername(name):
username = name
def checkAccess(resource):
if username == 'Admin':
return True
else:
return False
假设 storeUsername() 没有做输入校验，用户输入了非预期的值（比如空值或非字符串），那么 checkAccess() 的行为就会变得不可预测。
这种错误往往难以定位，因为多个函数都可能修改了 username，你无法快速判断是哪段代码导致了问题。
3.2. 降低模块化和灵活性
全局变量会破坏模块之间的独立性。两个模块如果共享一个全局变量，就不能独立开发、测试或修改。
比如：
counter = 0
def increment():
global counter
counter += 1
def reset():
global counter
counter = 0
increment() 和 reset() 都依赖 counter 这个全局变量。如果将来我们要在多个地方使用这些函数，可能会因为 counter 被其他逻辑修改而导致行为异常。
更严重的是，全局变量往往掩盖了设计缺陷。比如本应通过函数参数传递的数据，却被隐藏在全局变量中，导致后期维护困难。
3.3. 可扩展性差
随着项目规模扩大，全局变量的问题会越来越明显：
- 多线程环境下容易引发并发问题
- 单元测试难以隔离状态
- 代码重构成本高
4. 如何避免使用全局变量？
下面是一些替代方案，可以有效避免使用全局变量。
4.1. 完整函数式设计（函数传参）
将函数所需的所有数据通过参数传入，返回所有结果，避免依赖外部状态。
✅ 示例：
def func1(a, x):
a = x
def func2(a, x):
a = x
def func3(b, a):
return b / a
相比使用全局变量：
a = 1
def func3(b):
return b / a
前者更容易调试和测试，因为所有依赖都显式传递。
4.2. 依赖注入（Dependency Injection）
对于需要共享状态的函数或类，可以通过参数传递依赖项，而不是使用全局变量。
✅ 示例：
def send_message(queue, message):
queue.send(message)
而不是：
QUEUE = get_queue_connection()
def send_message(message):
QUEUE.send(message)
依赖注入让函数行为更明确，也方便在不同上下文中使用不同的依赖。
4.3. 封装（Encapsulation）
将数据封装在类中，通过方法访问和修改：
✅ 示例：
class User:
def __init__(self, name):
self._name = name
def get_name(self):
return self._name
def set_name(self, name):
if name:
self._name = name
这样，我们可以通过方法控制对变量的访问和修改，而不是暴露全局变量。
4.4. 单例模式（Singleton Pattern）
如果你确实需要一个“全局唯一”的对象，可以使用单例模式：
✅ 示例（Python）：
class Singleton:
_instance = None
def __new__(cls):
if cls._instance is None:
cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls)
# 初始化逻辑
return cls._instance
单例模式相比全局变量的优势是：它仍然保持了封装性，可以通过方法控制访问，并且更容易进行测试和替换。
5. 总结
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| ✅ 使用方便 | ❌ 易被误改，导致错误难以追踪 |
| ✅ 快速开发 | ❌ 破坏模块化，降低灵活性 |
| ✅ 适合常量共享 | ❌ 扩展性差，维护成本高 |
✅ 建议：
- 仅在确实需要共享不可变常量时使用全局变量（如
MAX_RETRIES,DEFAULT_TIMEOUT）。 - 对于可变状态，优先使用函数传参、依赖注入、封装类或单例模式替代。
全局变量虽然简单，但很容易成为代码质量的“定时炸弹”。养成良好的设计习惯，才能写出可维护、易扩展的代码。