معرفی
متغیر Singleton یک مفهوم برنامه نویسی است که برای محدود کردن نمونه سازی یک کلاس به یک شی استفاده می شود. به عبارت دیگر، تضمین می کند که تنها یک نمونه از کلاس در طول اجرای برنامه وجود داشته باشد. این الگوی طراحی به ویژه زمانی مفید است که باید تنها یک نقطه جهانی دسترسی به یک منبع مشترک وجود داشته باشد یا زمانی که می خواهید تعداد نمونه های یک کلاس را برای حفظ منابع سیستم کنترل کنید.
تاریخچه و خاستگاه متغیر سینگلتون
الگوی طراحی سینگلتون برای اولین بار توسط گروه چهار (GoF) در کتاب تاثیرگذار خود "الگوهای طراحی: عناصر نرم افزار شی گرا با قابلیت استفاده مجدد" منتشر شد که در سال 1994 منتشر شد. آنها الگوی سینگلتون را به عنوان یک الگوی خلقی ارائه کردند که برای ایجاد یک نمونه استفاده می شود. یک کلاس که در سطح جهانی قابل دسترسی است و در سراسر برنامه به اشتراک گذاشته می شود.
اطلاعات دقیق در مورد متغیر Singleton
متغیر Singleton با تعریف یک کلاس با سازنده خصوصی و یک متد استاتیک که نمونه کلاس را برمی گرداند، پیاده سازی می شود. این متد استاتیک تضمین می کند که تنها یک نمونه از کلاس ایجاد و برگردانده می شود، صرف نظر از اینکه چند بار فراخوانی شده است. فراخوانی های بعدی به متد استاتیک همیشه همان نمونه را برمی گرداند.
ساختار داخلی متغیر Singleton و نحوه عملکرد آن
ساختار داخلی یک متغیر Singleton نسبتا ساده است. معمولاً از اجزای زیر تشکیل شده است:
-
سازنده خصوصی: کلاس دارای یک سازنده خصوصی برای جلوگیری از ایجاد مستقیم اشیا با استفاده از کلمه کلیدی "جدید" است. این بدان معناست که اشیا را نمی توان از خارج از کلاس نمونه برداری کرد.
-
روش نمونه ایستا: کلاس حاوی یک متد استاتیک است که دسترسی به نمونه واحد کلاس را فراهم می کند. این متد مسئول ایجاد نمونه در صورت نبودن یا برگرداندن نمونه موجود در صورت وجود است.
تجزیه و تحلیل ویژگی های کلیدی متغیر Singleton
-
نقطه دسترسی جهانی: متغیرهای Singleton یک نقطه جهانی دسترسی به یک منبع یا عملکرد مشترک را فراهم می‌کنند و به بخش‌های مختلف برنامه اجازه می‌دهند به یک نمونه دسترسی داشته باشند.
-
کارایی حافظه: از آنجایی که تنها یک نمونه از کلاس ایجاد شده و مجددا استفاده می شود، منابع حافظه را ذخیره می کند و از ایجاد شی غیر ضروری جلوگیری می کند.
-
ایمنی نخ: الگوهای Singleton که به درستی پیاده‌سازی شده‌اند از نظر موضوعی ایمن هستند و این اطمینان را می‌دهند که چندین رشته نمی‌توانند چندین نمونه را به طور همزمان ایجاد کنند.
-
Lazy Initialization: نمونه های Singleton را می توان با تنبلی ایجاد کرد، به عنوان مثال، نمونه تنها زمانی ایجاد می شود که متد getInstance() برای اولین بار فراخوانی شود.
انواع متغیر Singleton
دو نوع اصلی از پیاده سازی متغیر Singleton وجود دارد:
-
اولیه سازی مشتاق: در این رویکرد، نمونه در زمان بارگذاری کلاس ایجاد می شود، حتی اگر بلافاصله در برنامه استفاده نشود.
-
Lazy Initialization: در اینجا، نمونه تنها زمانی ایجاد می شود که برای اولین بار توسط متد getInstance() درخواست شود. مقداردهی اولیه تنبل را می توان با استفاده از روش های همگام یا با استفاده از قفل دوبار بررسی شده برای اطمینان از ایمنی نخ انجام داد.
بیایید این دو نوع را با استفاده از جدول مقایسه کنیم:
| اولیه سازی مشتاق | Lazy Initialization | |
|---|---|---|
| طرفداران | – تضمین ایمنی نخ<br>- اجرای ساده | - صرفه جویی در حافظه با ایجاد نمونه فقط در صورت نیاز<br>- مناسب برای اشیاء با منابع فشرده |
| منفی | - حتی اگر نمونه بلافاصله استفاده نشود، حافظه را مصرف می کند<br>- برای اشیاء با منابع سنگین مناسب نیست | - برای ایمنی رزوه به دسترسی هماهنگ نیاز دارد<br>- اجرای کمی پیچیده تر |
راه های استفاده از متغیر Singleton، مشکلات و راه حل ها
روش های استفاده از متغیر Singleton:
-
مدیریت پیکربندی: از متغیرهای Singleton می توان برای مدیریت تنظیمات پیکربندی یک برنامه استفاده کرد. یک نمونه واحد، تنظیمات ثابت را در سراسر برنامه تضمین می کند.
-
نمونه های Logger: ورود به سیستم یک نیاز رایج در برنامه ها است. یک نمونه Logger Singleton می تواند به طور موثر پیام های گزارش را از قسمت های مختلف سیستم مدیریت کند.
مشکلات و راه حل ها:
-
مسائل چند رشته ای: اگر به درستی اجرا نشود، چندین رشته ممکن است چندین نمونه از کلاس Singleton ایجاد کنند. این را می‌توان با استفاده از تکنیک‌های همگام‌سازی مانند قفل کردن دوبار بررسی یا استفاده از enums (در جاوا) برای مدیریت ضمنی ایجاد تک‌تن کاهش داد.
-
تست واحد: تست کلاس های Singleton به دلیل ماهیت جهانی آنها می تواند چالش برانگیز باشد. تزریق وابستگی می تواند برای تسهیل تست واحد استفاده شود.
ویژگی های اصلی و مقایسه با اصطلاحات مشابه
بیایید Singleton را با سایر اصطلاحات مرتبط مقایسه کنیم:
| مدت، اصطلاح | شرح | تفاوت با سینگلتون |
|---|---|---|
| سینگلتون | الگوی طراحی برای یک نمونه در هر کلاس | اطمینان حاصل می کند که فقط یک نمونه از یک کلاس وجود دارد |
| کلاس استاتیک | کلاسی با اعضا و متدهای ایستا | ممکن است چندین نمونه داشته باشد، نه محدود به یک |
| شی جهانی | یک شی قابل دسترسی از هر بخشی از کد | ممکن است یک نمونه از کلاس را اجرا نکند |
به عنوان یک الگوی طراحی، Singleton یک ابزار ارزشمند در توسعه نرم افزار باقی می ماند، به خصوص زمانی که یک نمونه از یک کلاس ضروری باشد. در آینده، بهبود ویژگی‌های زبان و الگوهای طراحی ممکن است راه‌های ظریف‌تری برای دستیابی به نتایج مشابه ارائه دهد. همانطور که فن آوری ها تکامل می یابند، ارتباط و استفاده Singleton ممکن است مطابق با آن سازگار شود.
چگونه می توان از سرورهای پروکسی استفاده کرد یا با متغیر Singleton مرتبط شد
سرورهای پراکسی و متغیرهای Singleton را می توان در سناریوهایی که یک نمونه سرور پراکسی برای مدیریت ارتباطات شبکه مورد نیاز است، مرتبط کرد. الگوی Singleton تضمین می کند که نمونه سرور پروکسی در سراسر برنامه به اشتراک گذاشته می شود و استفاده کارآمد از منابع و مدیریت متمرکز را ارتقا می دهد.
لینک های مربوطه
برای اطلاعات بیشتر در مورد متغیرهای Singleton و الگوهای طراحی می توانید به منابع زیر مراجعه کنید:
- الگوهای طراحی: عناصر نرم افزار شی گرا قابل استفاده مجدد (آمازون)
- الگوی Singleton – GeeksforGeeks
- الگوی تک تن - ویکی پدیا
در نتیجه، متغیر Singleton یک الگوی طراحی قدرتمند است که ایجاد تنها یک نمونه از یک کلاس را تضمین می‌کند، مدیریت منابع کارآمد را ارتقا می‌دهد و یک نقطه دسترسی جهانی را برای منابع مشترک تسهیل می‌کند. این برنامه کاربردی در حوزه های مختلف پیدا کرده است و به عنوان یک ابزار ارزشمند در توسعه نرم افزار باقی مانده است. با پیشرفت تکنولوژی، الگوی Singleton همچنان مرتبط خواهد بود و به عنوان پایه ای برای ایجاد برنامه های کاربردی قوی و کارآمد عمل می کند.
