Шаблон синглтон

Диаграмма классов, иллюстрирующая шаблон Singleton.

В разработке программного обеспечения синглтон — это шаблон проектирования программного обеспечения , который ограничивает создание экземпляра класса шаблон единственным экземпляром. Один из известных шаблонов проектирования «Банда четырёх» , описывающий, как решать повторяющиеся проблемы в объектно-ориентированном программном обеспечении . шаблон полезен, когда для координации действий в системе необходим ровно один объект.

Более конкретно, шаблон Singleton позволяет объектам:

• Убедитесь, что у них есть только один экземпляр
• Обеспечьте легкий доступ к этому экземпляру
• например, скрывая конструкторы класса Управляйте их созданием ( )

Этот термин происходит от математической концепции синглтона .

Обычное использование

Синглтоны часто предпочтительнее глобальных переменных , поскольку они не загрязняют глобальное пространство имен (или содержащее их пространство имен). Кроме того, они допускают ленивое выделение и инициализацию, тогда как глобальные переменные во многих языках всегда потребляют ресурсы.

Шаблон Singleton также можно использовать в качестве основы для других шаблонов проектирования, таких как абстрактная фабрика , фабричный метод , шаблоны построения и прототипа . Фасадные объекты также часто являются одиночными, поскольку требуется только один фасадный объект.

Ведение журнала — распространенный реальный вариант использования синглтонов, поскольку всем объектам, которые хотят регистрировать сообщения, требуется единая точка доступа и концептуально запись осуществляется в один источник.

Реализации

Реализация шаблона Singleton гарантирует, что когда-либо существует только один экземпляр класса Singleton, и обычно обеспечивает глобальный доступ к этому экземпляру.

Обычно это достигается путем:

• Объявление всех конструкторов класса частными , что предотвращает создание его экземпляров другими объектами.
• Предоставление статического метода , который возвращает ссылку на экземпляр.

Экземпляр обычно хранится как частная статическая переменная ; экземпляр создается при инициализации переменной, в какой-то момент до первого вызова статического метода.

Эта реализация C++11 основана на реализации до C++98, описанной в книге. .

#include <iostream>

class Singleton {
public:
  // defines an class operation that lets clients access its unique instance.
  static Singleton& get() {
    // may be responsible for creating its own unique instance.
    if (nullptr == instance) instance = new Singleton;
    return *instance;
  }
  Singleton(const Singleton&) = delete; // rule of three
  Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
  static void destruct() {
    delete instance;
    instance = nullptr;
  }
  // existing interface goes here
  int getValue() {
    return value;
  }
  void setValue(int value_) {
    value = value_;
  }
private:
  Singleton() = default; // no public constructor
  ~Singleton() = default; // no public destructor
  static Singleton* instance; // declaration class variable
  int value;
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr; // definition class variable

int main() {
  Singleton::get().setValue(42);
  std::cout << "value=" << Singleton::get().getValue() << '\n';
  Singleton::destruct();
}

Вывод программы

value=42

Это реализация синглтона Мейерса. в С++11. Синглтон Мейерса не имеет метода разрушения. Вывод программы такой же, как указано выше.

#include <iostream>

class Singleton {
public:
  static Singleton& get() {
    static Singleton instance;
    return instance;
  }
  int getValue() {
    return value;
  }
  void setValue(int value_) {
    value = value_;
  }
private:
  Singleton() = default;
  ~Singleton() = default;
  int value;
};

int main() {
  Singleton::get().setValue(42);
  std::cout << "value=" << Singleton::get().getValue() << '\n';
}

Ленивая инициализация

Одноэлементная реализация может использовать отложенную инициализацию , при которой экземпляр создается при первом вызове статического метода. В многопоточных программах это может вызвать состояние гонки , приводящее к созданию нескольких экземпляров. Следующий Java 5+ пример — это потокобезопасная реализация, использующая ленивую инициализацию с двойной проверкой блокировки .

public class Singleton {

    private static volatile Singleton instance = null;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized(Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

Критика

Некоторые считают синглтон антишаблоном , который вводит глобальное состояние в приложение, часто без необходимости. Это приводит к потенциальной зависимости других объектов от синглтона, что требует анализа деталей реализации, чтобы определить, существует ли зависимость на самом деле. Эта повышенная связанность может создать трудности при модульном тестировании . В свою очередь, это накладывает ограничения на любую абстракцию, использующую синглтон, например, предотвращает одновременное использование нескольких экземпляров.

Синглтоны также нарушают принцип единой ответственности , поскольку они несут ответственность за обеспечение своей уникальности наряду с выполнением своих обычных функций.

См. также

• Идиома держателя инициализации по требованию
• Многотонный узор
• Шаблон проектирования программного обеспечения

Внешние ссылки

• Полная статья « Объяснение шаблона Java Singleton »
• Четыре разных способа реализации синглтона в Java « Способы реализации синглтона в Java »
• Отрывок из книги: Реализация шаблона Singleton в C# Джона Скита.
• Синглтон в Центре разработчиков шаблонов и практик Microsoft
• Статья IBM « Блокировка с двойной проверкой и шаблон Singleton » Питера Хаггара
• Гири, Дэвид (25 апреля 2003 г.). «Как ориентироваться в обманчиво простом шаблоне Singleton» . Шаблоны проектирования Java. JavaWorld . Проверено 21 июля 2020 г.
• Google Singleton Detector (анализирует байт-код Java для обнаружения синглтонов)