Одиночка (шаблон проектирования)

Одиночка (англ. Singleton) — порождающий шаблон проектирования, гарантирующий, что в однопоточном приложении будет единственный экземпляр некоторого класса, и предоставляющий глобальную точку доступа к этому экземпляру.

Одиночка
Singleton
Тип порождающий
Плюсы контролируемый доступ к единственному экземпляру
Минусы
  • глобальные объекты могут быть вредны для объектного программирования, в некоторых случаях приводя к созданию немасштабируемого проекта;
  • усложняет написание модульных тестов и следование TDD.
Описан в Design Patterns Да

ЦельПравить

У класса есть только один экземпляр, и он предоставляет к нему глобальную точку доступа. При попытке создания данного объекта он создаётся только в том случае, если ещё не существует, в противном случае возвращается ссылка на уже существующий экземпляр и нового выделения памяти не происходит. Существенно то, что можно пользоваться именно экземпляром класса, так как при этом во многих случаях становится доступной более широкая функциональность. Например, к описанным компонентам класса можно обращаться через интерфейс, если такая возможность поддерживается языком.

Глобальный «одинокий» объект — именно объект (log().put("Test");), а не набор процедур, не привязанных ни к какому объекту (logPut("Test");) — бывает нужен:

  • если используется существующая объектно-ориентированная библиотека и ей нужен объект, унаследованный от определённого класса/интерфейса;
  • если есть шансы, что один объект когда-нибудь превратится в несколько;
  • если интерфейс объекта (например, игрового мира) слишком сложен и не стоит засорять основное пространство имён большим количеством методов;
  • если, в зависимости от каких-нибудь условий и настроек, создаётся один из нескольких объектов. Например, в зависимости от того, ведётся лог или нет, создаётся настоящий объект, пишущий в файл, или «заглушка», ничего не делающая.

Такие объекты можно создавать и при инициализации программы. Это может приводить к следующим трудностям:

  • Если объект нужен уже при инициализации, он может быть затребован раньше, чем будет создан.
  • Бывает, что объект нужен не всегда. В таком случае его создание можно пропустить. Особенно это важно, если одиночек (например, диалоговых окон) много — тогда пользователь быстро получит интерфейс, а окна будут создаваться по одному, не мешая работе пользователя.

ПлюсыПравить

  • контролируемый доступ к единственному экземпляру.

МинусыПравить

  • глобальные объекты могут быть вредны для объектного программирования, в некоторых случаях приводят к созданию немасштабируемого проекта;
  • усложняет написание модульных тестов и следование TDD;
  • усложняется контроль за межпоточными гонками и задержками.

ПрименениеПравить

  • должен быть ровно один экземпляр некоторого класса, легко доступный всем клиентам;
  • единственный экземпляр должен расширяться путём порождения подклассов, и клиентам нужно иметь возможность работать с расширенным экземпляром без модификации своего кода.

Примеры использованияПравить

  • Ведение отладочного файла для приложения.
  • В любом приложении для iOS существует класс AppDelegate, являющийся делегатом приложения.

Примеры реализацииПравить

Java 1.6Править

JavaПравить

JavaПравить

Java 1.5Править

Java 1.5Править

PythonПравить

Из PEP 0318:

PythonПравить

Из PEP 0318[нет в источнике]:

C++Править

Ниже приведена одна из возможных реализаций паттерна Одиночка на C++ (известная как синглтон Майерса), где одиночка представляет собой статический локальный объект. Важным моментом является то, что конструктор класса объявлен как private, что позволяет предотвратить создание экземпляров класса за пределами его реализации. Помимо этого, закрытыми также объявлены конструктор копирования и оператор присваивания. Последние следует объявлять, но не определять, так как это позволяет в случае их случайного вызова из кода получить легко обнаруживаемую ошибку компоновки. Отметим также, что приведенный пример не является потокобезопасным в С++03, для работы с классом из нескольких потоков нужно защитить переменную theSingleInstance от одновременного доступа, например, с помощью мьютекса или критической секции. Впрочем, в C++11 синглтон Майерса является потокобезопасным и без всяких блокировок.

Ещё один пример реализации одиночки на C++ с возможностью наследования для создания интерфейса, каркасом которого послужит, собственно, одиночка. Временем «жизни» единственного объекта удобно управлять, используя механизм подсчета ссылок.

C#Править

PHP 4Править

PHP 5Править

PHP 5.4Править

DelphiПравить

Для Delphi 2005 и выше подходит следующий пример (не потоко-безопасный):

Для более ранних версий следует переместить код класса в отдельный модуль, а объявление Instance заменить объявлением глобальной переменной в его секции implementation (до Delphi 7 включительно секции class var и strict private отсутствовали).

DartПравить

IoПравить

RubyПравить

Common LispПравить

VB.NETПравить

PerlПравить

PerlПравить

ActionScript 3Править

CoffeeScriptПравить

JavaScriptПравить

Objective-CПравить

SwiftПравить

ScalaПравить

См. такжеПравить

ЛитератураПравить

  • Алан Шаллоуей, Джеймс Р. Тротт Шаблоны проектирования. Новый подход к объектно-ориентированному анализу и проектированию = Design Patterns Explained: A New Perspective on Object-Oriented Design. — М.: «Вильямс», 2002. — С. 288. — ISBN 0-201-71594-5.
  • Эрик Фримен, Элизабет Фримен. Паттерны проектирования = Head First Design Patterns. — СПб.: Питер, 2011. — 656 с. — ISBN 978-5-459-00435-9.

СсылкиПравить

ПримечанияПравить