Singleton

Jedni go kochają, inni nienawidzą. Choć nie ma on żadnego związku ze szkocką whisky, Singleton jest jednym z bardziej kontrowersyjnych wzorców projektowych.

W dzisiejszym wpisie poznasz jego strukturę, podstawowe założenia, a także wady i zalety. Jeśli przychodzisz po gotowy kod i przykładową implementację znajdziesz je tutaj

Podstawowe założenia wzorca

Implementacja wzorca Singleton powinna zawierać w sobie dwa podstawowe założenia:

1. Prywatny konstruktor, który zapobiega możliwości stworzenia instancji poprzez słowo kluczowe new
2. Statyczna metoda, która będzie służyła do zwracania istniejącego obiektu. W przypadku wywołania jej po raz pierwszy uruchomi ona konstruktor, a on zajmie się procesem kreacji instancji

Istnieje także pogląd, że Singleton nie powinien podlegać modyfikacjom. Na przykład w języku Javascript można "zamrozić obiekt" za pomocą metody Object.freeze(). Naszym zdaniem niemutowalność nie jest kluczowa w tym wzorcu i sam Singleton w swoich założeniach rozwiązuje nieco inne problemy.

Singleton jako ogólny sposób myślenia

Obecnie ten wzorzec jest tak popularny, że przywołuje się go nie tylko w kontekście programowania obiektowego. Dobrym przykładem jest choćby ES Module z JavaScript. Każdy plik jest osobnym modułem, który z automatu może mieć maksymalnie jedną instancję, czyli w praktyce jest też „tak jakby singletonem”

Biorąc to pod uwagę, z pewnością w trakcie swojej pracy wielokrotnie spotkasz się z takimi określeniami i innymi „singletono-podobnymi tworami”. Prawdopodobnie większość z nich zawiera w sobie ziarno prawdy, jednakże mówiąc o wzorcu projektowym raczej powinniśmy myśleć w kontekście programowania obiektowego

Rzućmy jeszcze okiem na graficzny schemat. Z łatwością można zauważyć, że jest on o wiele prostszy niż większość diagramów opisujących wzorce

W najbardziej minimalistycznej wersji potrzebujemy tylko statycznego pola przechowującego instancję oraz statycznej metody, która ten obiekt tworzy/zwraca

Implementacja krok po kroku

Kilka prostych kroków do implementacji Singletona:

1. Utwórz prywatne i statyczne pole w klasie, które będzie trzymać instancję klasy
2. Stwórz prywatny konstruktor, a w nim logikę odpowiedzialną za kreację instancji. Uniemożliwi to przypadkowe utworzenie przez klientów nowej instancji klasy Singletona.
3. Dodaj publiczną i równocześnie statyczną metodę, która będzie zwracać już istniejący obiekt. Będzie ona także odpowiedzialna za utworzenie instancji przy pierwszym wywołaniu.
4. Jeśli potrzebujesz dodatkowych funkcjonalności, zaimplementuj je w osobnych metodach (już niestatycznych)

Poniżej umieszczamy uproszczony przykład klasy przechowującej globalną konfigurację aplikacji

class ApplicationGlobalConfig {
    private static instance: ApplicationGlobalConfig | null = null
    private port: number;
    private url: string;

    // Private keyword prevents new instances from being created outside of the class
    private constructor() {
        // initializing config logic there
        this.port = 5000;
        this.url = 'https://example.com';
    }


    public static getConfig(): ApplicationGlobalConfig {
        if (this.instance === null) {
            this.instance = new ApplicationGlobalConfig();
        }

        return this.instance;
    }


    public updatePort(newPort: number): void {
        this.port = newPort;
    }


    public updateUrl(newUrl: string): void {
        this.url = newUrl;
    }
}

Powyższy przykład stanowi szkielet implementacji tytułowego wzorca. Możesz go śmiało rozbudowywać na własne potrzeby, dodając kolejne pola i metody.

Problemy i kontrowersje

Słabe punkty Singletona:

• Złamanie zasady pojedynczej odpowiedzialności, gdyż rozwiązuje 2 problemy jednocześnie: problem globalnego dostępu oraz kontroli liczby instancji
• Utrudniona testowalność klasy Singleton, ze względu na prywatny konstruktor oraz metody statyczne
• Problemy w środowiskach wielowątkowych, gdyż musimy dodatkowo zadbać o obsługę wielu wątków i w dalszym ciągu tworzyć tylko jedną instancję Singletona

W wyniku powyższych cech oraz nadmiernego używania przez programistów Singleton jest często uważany za antywzorzec sprowadzający się do zamiennika dla zmiennych globalnych

Kiedy jednak warto po niego sięgnąć:

• Gdy chcemy mieć pewność, że istnieje wyłącznie jeden obiekt danej klasy dostępny globalnie
• W sytuacji, gdy potrzebujemy większej kontroli nad globalnymi zmiennymi

Podsumowanie

Mamy nadzieję, że nieco rozjaśniliśmy Ci, na czym polega koncepcja tego wzorca. Teraz możesz z powodzeniem stosować go w swoich projektach przy jednoczesnym zachowaniu umiaru.

Biorąc pod uwagę cechy Singletona, może to być dobry sposób na obsługę połączeń z bazami danych lub zewnętrznymi serwisami, a także na przechowywanie globalnej konfiguracji w projekcie. Warto też go rozważyć, jeśli chcemy wprowadzić klasę obsługującą logi, wykorzystywane w całej aplikacji