Giới thiệu
Biến Singleton là một khái niệm lập trình được sử dụng để hạn chế việc khởi tạo một lớp cho một đối tượng. Nói cách khác, nó đảm bảo rằng chỉ có một phiên bản duy nhất của lớp tồn tại trong suốt quá trình thực thi chương trình. Mẫu thiết kế này đặc biệt hữu ích khi chỉ có một điểm truy cập toàn cầu vào tài nguyên được chia sẻ hoặc khi bạn muốn kiểm soát số lượng phiên bản của một lớp để bảo tồn tài nguyên hệ thống.
Lịch sử và nguồn gốc của biến Singleton
Mẫu thiết kế Singleton lần đầu tiên được Gang of Four (GoF) giới thiệu trong cuốn sách có ảnh hưởng của họ “Mẫu thiết kế: Các yếu tố của phần mềm hướng đối tượng có thể tái sử dụng” xuất bản năm 1994. Họ trình bày mẫu Singleton như một mẫu sáng tạo được sử dụng để tạo một phiên bản duy nhất của một lớp có thể truy cập và chia sẻ trên toàn cầu trên ứng dụng.
Thông tin chi tiết về biến Singleton
Biến Singleton được triển khai bằng cách định nghĩa một lớp với hàm tạo riêng và một phương thức tĩnh trả về thể hiện của lớp. Phương thức tĩnh này đảm bảo rằng chỉ có một phiên bản của lớp được tạo và trả về, bất kể nó được gọi bao nhiêu lần. Các cuộc gọi tiếp theo tới phương thức tĩnh sẽ luôn trả về cùng một phiên bản.
Cấu trúc bên trong của biến Singleton và cách thức hoạt động
Cấu trúc bên trong của biến Singleton tương đối đơn giản. Nó thường bao gồm các thành phần sau:
-
Nhà xây dựng tư nhân: Lớp này có một hàm tạo riêng để ngăn chặn việc tạo trực tiếp các đối tượng bằng từ khóa “mới”. Điều này có nghĩa là các đối tượng không thể được khởi tạo từ bên ngoài lớp.
-
Phương thức phiên bản tĩnh: Lớp này chứa một phương thức tĩnh cung cấp quyền truy cập vào một thể hiện duy nhất của lớp. Phương thức này chịu trách nhiệm tạo phiên bản nếu nó không tồn tại hoặc trả về phiên bản hiện có nếu có.
Phân tích các đặc điểm chính của biến Singleton
-
Điểm truy cập toàn cầu: Các biến Singleton cung cấp một điểm truy cập toàn cầu vào tài nguyên hoặc chức năng được chia sẻ, cho phép các phần khác nhau của ứng dụng truy cập vào cùng một phiên bản.
-
Hiệu quả bộ nhớ: Vì chỉ có một phiên bản của lớp được tạo và sử dụng lại nên nó tiết kiệm tài nguyên bộ nhớ và ngăn chặn việc tạo đối tượng không cần thiết.
-
An toàn chủ đề: Các mẫu Singleton được triển khai đúng cách sẽ đảm bảo an toàn cho luồng, đảm bảo rằng nhiều luồng không thể tạo nhiều phiên bản cùng một lúc.
-
Khởi tạo lười biếng: Các cá thể Singleton có thể được tạo một cách lười biếng, tức là cá thể chỉ được tạo khi phương thức getInstance() được gọi lần đầu tiên.
Các loại biến đơn
Có hai loại triển khai biến Singleton chính:
-
Khởi tạo háo hức: Theo cách tiếp cận này, cá thể được tạo tại thời điểm tải lớp, ngay cả khi nó không được sử dụng ngay trong chương trình.
-
Khởi tạo lười biếng: Ở đây, cá thể chỉ được tạo khi nó được phương thức getInstance() yêu cầu lần đầu tiên. Việc khởi tạo lười biếng có thể được thực hiện bằng các phương pháp được đồng bộ hóa hoặc sử dụng khóa kiểm tra kép để đảm bảo an toàn cho luồng.
Hãy so sánh hai loại bằng bảng:
| Háo hức khởi tạo | Khởi tạo lười biếng | |
|---|---|---|
| Ưu điểm | - Đảm bảo an toàn cho sợi<br>- Thực hiện đơn giản | – Tiết kiệm bộ nhớ bằng cách chỉ tạo phiên bản khi cần thiết<br>- Thích hợp cho các đối tượng sử dụng nhiều tài nguyên |
| Nhược điểm | – Tiêu tốn bộ nhớ ngay cả khi phiên bản không được sử dụng ngay lập tức<br>- Không phù hợp với các đối tượng nặng về tài nguyên | – Yêu cầu truy cập đồng bộ để đảm bảo an toàn cho luồng<br>- Thực hiện phức tạp hơn một chút |
Cách sử dụng biến Singleton, vấn đề và giải pháp
Các cách sử dụng biến Singleton:
-
Quản lý cấu hình: Biến Singleton có thể được sử dụng để quản lý cài đặt cấu hình cho ứng dụng. Một phiên bản duy nhất đảm bảo cài đặt nhất quán trên toàn bộ ứng dụng.
-
Phiên bản ghi nhật ký: Ghi nhật ký là một yêu cầu phổ biến trong các ứng dụng. Phiên bản trình ghi nhật ký Singleton có thể quản lý thông điệp tường trình một cách hiệu quả từ nhiều phần khác nhau của hệ thống.
Vấn đề và giải pháp:
-
Các vấn đề đa luồng: Nếu không được triển khai chính xác, nhiều luồng có thể tạo ra nhiều phiên bản của lớp Singleton. Điều này có thể được giảm thiểu bằng cách sử dụng các kỹ thuật đồng bộ hóa như khóa kiểm tra kép hoặc sử dụng enum (trong Java) để xử lý ngầm việc tạo đơn lẻ.
-
Kiểm tra đơn vị: Việc kiểm tra các lớp Singleton có thể gặp khó khăn do tính chất toàn cầu của chúng. Việc tiêm phụ thuộc có thể được sử dụng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc thử nghiệm đơn vị.
Các đặc điểm chính và so sánh với các thuật ngữ tương tự
Hãy so sánh Singleton với các thuật ngữ liên quan khác:
| Thuật ngữ | Sự miêu tả | Sự khác biệt so với Singleton |
|---|---|---|
| Singleton | Mẫu thiết kế cho một phiên bản mỗi lớp | Đảm bảo chỉ tồn tại một thể hiện của một lớp |
| Lớp tĩnh | Một lớp với các thành viên và phương thức tĩnh | Có thể có nhiều trường hợp, không giới hạn ở một trường hợp |
| Đối tượng toàn cầu | Một đối tượng có thể truy cập được từ bất kỳ phần nào của mã | Không thể thực thi việc khởi tạo một lớp |
Là một mẫu thiết kế, Singleton vẫn là một công cụ có giá trị trong phát triển phần mềm, đặc biệt khi cần một phiên bản duy nhất của một lớp. Trong tương lai, những cải tiến về tính năng ngôn ngữ và mẫu thiết kế có thể mang lại những cách thức tinh tế hơn để đạt được kết quả tương tự. Khi công nghệ phát triển, mức độ liên quan và cách sử dụng của Singleton có thể điều chỉnh tương ứng.
Cách sử dụng hoặc liên kết Máy chủ proxy với Biến Singleton
Máy chủ proxy và biến Singleton có thể được liên kết trong các tình huống yêu cầu một phiên bản máy chủ proxy duy nhất để quản lý truyền thông mạng. Mẫu Singleton đảm bảo rằng phiên bản máy chủ proxy được chia sẻ trên toàn ứng dụng, thúc đẩy việc sử dụng tài nguyên hiệu quả và quản lý tập trung.
Liên kết liên quan
Để biết thêm thông tin về các biến Singleton và mẫu thiết kế, bạn có thể tham khảo các tài nguyên sau:
- Mẫu thiết kế: Các thành phần của phần mềm hướng đối tượng có thể tái sử dụng (Amazon)
- Mẫu Singleton – GeeksforGeeks
- Mẫu Singleton - Wikipedia
Tóm lại, biến Singleton là một mẫu thiết kế mạnh mẽ đảm bảo chỉ tạo một phiên bản của một lớp, thúc đẩy việc quản lý tài nguyên hiệu quả và tạo điều kiện cho một điểm truy cập toàn cầu cho các tài nguyên được chia sẻ. Nó đã tìm thấy các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau và vẫn là một công cụ có giá trị trong phát triển phần mềm. Khi công nghệ tiến bộ, mẫu Singleton sẽ tiếp tục phù hợp và đóng vai trò là nền tảng để tạo ra các ứng dụng mạnh mẽ và hiệu quả.
