การแนะนำ
ตัวแปรซิงเกิลตันเป็นแนวคิดการเขียนโปรแกรมที่ใช้ในการจำกัดการสร้างอินสแตนซ์ของคลาสไว้ที่อ็อบเจ็กต์เดียว กล่าวอีกนัยหนึ่ง ช่วยให้มั่นใจได้ว่ามีเพียงอินสแตนซ์เดียวของคลาสที่มีอยู่ตลอดการทำงานของโปรแกรม รูปแบบการออกแบบนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อควรมีจุดเข้าถึงทรัพยากรที่ใช้ร่วมกันเพียงจุดเดียวทั่วโลก หรือเมื่อคุณต้องการควบคุมจำนวนอินสแตนซ์ของคลาสเพื่ออนุรักษ์ทรัพยากรระบบ
ประวัติและที่มาของตัวแปรซิงเกิลตัน
รูปแบบการออกแบบซิงเกิลตันได้รับการแนะนำครั้งแรกโดย Gang of Four (GoF) ในหนังสือที่มีอิทธิพลของพวกเขา “รูปแบบการออกแบบ: องค์ประกอบของซอฟต์แวร์เชิงวัตถุที่ใช้ซ้ำได้” ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1994 พวกเขานำเสนอรูปแบบซิงเกิลตันเป็นรูปแบบการสร้างสรรค์ที่ใช้ในการสร้างอินสแตนซ์เดียว ของคลาสที่สามารถเข้าถึงได้ทั่วโลกและแชร์ผ่านแอปพลิเคชัน
ข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับตัวแปรซิงเกิลตัน
ตัวแปร Singleton ถูกนำมาใช้โดยการกำหนดคลาสด้วยตัวสร้างส่วนตัวและวิธีการคงที่ที่ส่งคืนอินสแตนซ์ของคลาส วิธีการคงที่นี้ช่วยให้แน่ใจว่ามีเพียงอินสแตนซ์เดียวของคลาสเท่านั้นที่ถูกสร้างขึ้นและส่งคืน โดยไม่คำนึงว่าจะมีการเรียกกี่ครั้งก็ตาม การเรียกใช้เมธอดแบบสแตติกครั้งต่อๆ ไปจะส่งคืนอินสแตนซ์เดิมเสมอ
โครงสร้างภายในของตัวแปรซิงเกิลตันและวิธีการทำงาน
โครงสร้างภายในของตัวแปรซิงเกิลตันนั้นค่อนข้างง่าย โดยทั่วไปจะประกอบด้วยส่วนประกอบต่อไปนี้:
-
ตัวสร้างส่วนตัว: คลาสมีคอนสตรัคเตอร์ส่วนตัวเพื่อป้องกันการสร้างอ็อบเจ็กต์โดยตรงโดยใช้คีย์เวิร์ด "ใหม่" ซึ่งหมายความว่าไม่สามารถสร้างอินสแตนซ์ของวัตถุจากภายนอกชั้นเรียนได้
-
วิธีการอินสแตนซ์แบบคงที่: ชั้นเรียนมีวิธีคงที่ที่ให้การเข้าถึงอินสแตนซ์เดียวของชั้นเรียน วิธีการนี้มีหน้าที่รับผิดชอบในการสร้างอินสแตนซ์หากไม่มีอยู่หรือส่งคืนอินสแตนซ์ที่มีอยู่หากมี
การวิเคราะห์คุณลักษณะสำคัญของตัวแปรซิงเกิลตัน
-
จุดเข้าถึงทั่วโลก: ตัวแปรซิงเกิลตันให้จุดเข้าถึงทรัพยากรหรือฟังก์ชันการทำงานที่ใช้ร่วมกันทั่วโลก ช่วยให้ส่วนต่างๆ ของแอปพลิเคชันสามารถเข้าถึงอินสแตนซ์เดียวกันได้
-
ประสิทธิภาพหน่วยความจำ: เนื่องจากมีการสร้างและนำอินสแตนซ์ของคลาสเพียงอินสแตนซ์เดียวมาใช้ซ้ำ จึงช่วยประหยัดทรัพยากรหน่วยความจำและป้องกันการสร้างอ็อบเจ็กต์ที่ไม่จำเป็น
-
ความปลอดภัยของด้าย: รูปแบบซิงเกิลตันที่ใช้งานอย่างเหมาะสมนั้นปลอดภัยสำหรับเธรด ทำให้มั่นใจได้ว่าหลายเธรดไม่สามารถสร้างหลายอินสแตนซ์พร้อมกันได้
-
การเริ่มต้นขี้เกียจ: อินสแตนซ์ซิงเกิลตันสามารถสร้างได้อย่างเกียจคร้าน กล่าวคือ อินสแตนซ์จะถูกสร้างขึ้นเมื่อมีการเรียกใช้เมธอด getInstance() เป็นครั้งแรกเท่านั้น
ประเภทของตัวแปรซิงเกิลตัน
การใช้งานตัวแปร Singleton มีสองประเภทหลัก:
-
การเริ่มต้นอย่างกระตือรือร้น: ในแนวทางนี้ อินสแตนซ์จะถูกสร้างขึ้นในขณะที่โหลดคลาส แม้ว่าจะไม่ได้ใช้งานในโปรแกรมทันทีก็ตาม
-
การเริ่มต้นขี้เกียจ: ในที่นี้ อินสแตนซ์จะถูกสร้างขึ้นเมื่อมีการร้องขอครั้งแรกโดยเมธอด getInstance() เท่านั้น การเริ่มต้นแบบ Lazy สามารถทำได้โดยใช้วิธีการซิงโครไนซ์หรือใช้การล็อคที่มีการตรวจสอบซ้ำเพื่อให้มั่นใจถึงความปลอดภัยของเธรด
ลองเปรียบเทียบทั้งสองประเภทโดยใช้ตาราง:
| การเริ่มต้นอย่างกระตือรือร้น | การเริ่มต้นแบบ Lazy | |
|---|---|---|
| ข้อดี | – รับประกันความปลอดภัยของด้าย<br>- ใช้งานง่าย | – ประหยัดหน่วยความจำโดยการสร้างอินสแตนซ์เมื่อจำเป็นเท่านั้น<br>- เหมาะสำหรับวัตถุที่ใช้ทรัพยากรมาก |
| ข้อเสีย | – ใช้หน่วยความจำแม้ว่าจะไม่ได้ใช้งานอินสแตนซ์ทันทีก็ตาม<br>- ไม่เหมาะสำหรับวัตถุที่มีทรัพยากรจำนวนมาก | – ต้องมีการเข้าถึงแบบซิงโครไนซ์เพื่อความปลอดภัยของเธรด<br>- การใช้งานที่ซับซ้อนกว่าเล็กน้อย |
วิธีใช้ตัวแปรซิงเกิลตัน ปัญหา และแนวทางแก้ไข
วิธีใช้ตัวแปรซิงเกิลตัน:
-
การจัดการการตั้งค่า: ตัวแปรซิงเกิลตันสามารถใช้เพื่อจัดการการตั้งค่าการกำหนดค่าสำหรับแอปพลิเคชันได้ อินสแตนซ์เดียวช่วยให้มั่นใจได้ถึงการตั้งค่าที่สอดคล้องกันทั่วทั้งแอปพลิเคชัน
-
อินสแตนซ์ของ Logger: การบันทึกเป็นข้อกำหนดทั่วไปในแอปพลิเคชัน อินสแตนซ์ Singleton logger สามารถจัดการข้อความบันทึกจากส่วนต่างๆ ของระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ปัญหาและแนวทางแก้ไข:
-
ปัญหามัลติเธรด: หากไม่ได้ใช้งานอย่างถูกต้อง หลายเธรดอาจสร้างหลายอินสแตนซ์ของคลาส Singleton สิ่งนี้สามารถบรรเทาลงได้โดยใช้เทคนิคการซิงโครไนซ์ เช่น การล็อคที่มีการตรวจสอบซ้ำ หรือใช้ enums (ใน Java) เพื่อจัดการการสร้างซิงเกิลตันโดยปริยาย
-
การทดสอบหน่วย: การทดสอบคลาส Singleton อาจเป็นเรื่องที่ท้าทายเนื่องจากมีลักษณะเป็นสากล สามารถใช้การพึ่งพาการฉีดเพื่ออำนวยความสะดวกในการทดสอบหน่วย
ลักษณะหลักและการเปรียบเทียบกับข้อกำหนดที่คล้ายกัน
ลองเปรียบเทียบ Singleton กับคำที่เกี่ยวข้องอื่นๆ:
| ภาคเรียน | คำอธิบาย | ความแตกต่างจากซิงเกิลตัน |
|---|---|---|
| ซิงเกิลตัน | รูปแบบการออกแบบสำหรับหนึ่งอินสแตนซ์ต่อคลาส | ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีเพียงอินสแตนซ์เดียวของคลาสที่มีอยู่ |
| คลาสคงที่ | คลาสที่มีสมาชิกแบบคงที่และวิธีการ | อาจมีหลายกรณี ไม่จำกัดเพียงกรณีเดียว |
| วัตถุระดับโลก | วัตถุที่สามารถเข้าถึงได้จากส่วนใดส่วนหนึ่งของโค้ด | ไม่อาจบังคับใช้การสร้างอินสแตนซ์เดียวของชั้นเรียน |
ในรูปแบบการออกแบบ Singleton ยังคงเป็นเครื่องมืออันทรงคุณค่าในการพัฒนาซอฟต์แวร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจำเป็นต้องใช้อินสแตนซ์เดียวของคลาส ในอนาคต การปรับปรุงคุณลักษณะของภาษาและรูปแบบการออกแบบอาจให้วิธีการที่สวยงามยิ่งขึ้นในการบรรลุผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาขึ้น ความเกี่ยวข้องและการใช้งานของซิงเกิลตันก็อาจปรับเปลี่ยนตามไปด้วย
วิธีการใช้หรือเชื่อมโยงกับพร็อกซีเซิร์ฟเวอร์กับตัวแปรซิงเกิลตัน
พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์และตัวแปรซิงเกิลตันสามารถเชื่อมโยงได้ในสถานการณ์ที่จำเป็นต้องใช้อินสแตนซ์พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์เดียวเพื่อจัดการการสื่อสารเครือข่าย รูปแบบ Singleton ช่วยให้มั่นใจได้ว่าอินสแตนซ์พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์จะถูกแชร์ทั่วทั้งแอปพลิเคชัน ส่งเสริมการใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพและการจัดการแบบรวมศูนย์
ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวแปรซิงเกิลตันและรูปแบบการออกแบบ คุณสามารถดูแหล่งข้อมูลต่อไปนี้:
- รูปแบบการออกแบบ: องค์ประกอบของซอฟต์แวร์เชิงวัตถุที่ใช้ซ้ำได้ (Amazon)
- รูปแบบซิงเกิลตัน – GeeksforGeeks
- รูปแบบซิงเกิลตัน - วิกิพีเดีย
โดยสรุป ตัวแปร Singleton คือรูปแบบการออกแบบที่ทรงพลังที่รับประกันการสร้างอินสแตนซ์เพียงอินสแตนซ์เดียวของคลาส ส่งเสริมการจัดการทรัพยากรที่มีประสิทธิภาพ และอำนวยความสะดวกในการเข้าถึงจุดทั่วโลกสำหรับทรัพยากรที่ใช้ร่วมกัน พบแอปพลิเคชันในโดเมนต่างๆ และยังคงเป็นเครื่องมืออันทรงคุณค่าในการพัฒนาซอฟต์แวร์ เมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้า รูปแบบ Singleton จะยังคงมีความเกี่ยวข้องและเป็นรากฐานสำหรับการสร้างแอปพลิเคชันที่แข็งแกร่งและมีประสิทธิภาพ
