Anfängerleitfaden zum Singleton-Muster

Das Singleton-Muster ist eines der grundlegendsten Konzepte, die es zu verstehen gilt. Es wird als kreatives Designmuster klassifiziert und wird zur Steuerung der Erstellung von Objekten verwendet, um sicherzustellen, dass während der gesamten Lebensdauer einer Anwendung nur eine Instanz einer bestimmten Klasse existiert.

Einfacher ausgedrückt stellt es sicher, dass eine Klasse nur für die Verwaltung einer Version von sich selbst verantwortlich ist, und es gewährt globalen Zugriff auf diese einzelne Instanz.

Wann/warum sollte man das Singleton-Muster verwenden? Das ist eine der häufigsten Fragen?

Bevor wir uns mit dem Wann/Warum der Verwendung von Singleton-Mustern befassen, ist es wichtig, die Problemstellungen zu verstehen. Jedes Designmuster wird als Reaktion auf spezifische Herausforderungen erstellt, mit denen Entwickler konfrontiert sind.

Problemstellung: Datenbankverbindung
Wir möchten in unserer gesamten Anwendung eine einzige Verbindung zu einer Datenbank verwalten. Das Erstellen mehrerer Verbindungen kann zu Konflikten und Ressourcenerschöpfung führen.

// first instance
DataConnection dataConnection1 = new DataConnection();

//Second instance
DataConnection dataConnection2 = new DataConnection();

In diesem Szenario kann das Erstellen von zwei Instanzen von DataConnection zu Ressourcenproblemen führen. Jede Instanz kann Vorgänge unabhängig ausführen, was zu Konflikten und unvorhersehbarem Verhalten führt, wenn sie gleichzeitig versuchen, auf dieselbe Datenbankressource zuzugreifen.
Um dieses Problem zu lösen, benötigen wir das Singleton-Muster.

Wann sollten wir das Singleton-Muster verwenden?

Das Singleton-Muster ist in der Tat ein beliebtes Werkzeug, insbesondere im Software-Design, da es ein leistungsstarkes Werkzeug ist, aber leicht missbraucht werden kann. Machen Sie sich klar, wann es angebracht ist, das Singleton-Muster zu verwenden:

Wann sollte das Singleton-Muster verwendet werden?

1. Wenn weltweit nur eine Instanz einer Klasse benötigt wird
   
   Wenn wir eine Klasse benötigen, die in der gesamten Anwendung nur eine Instanz haben soll, ist das Singleton-Muster die beste Wahl? . Dadurch wird sichergestellt, dass alle Teile der Anwendung mit derselben Instanz arbeiten, die Konsistenz gewahrt bleibt und duplizierte Instanzen verhindert werden, die möglicherweise Speicher verschwenden.

2. Wenn wir eine zentrale Verwaltung gemeinsam genutzter Ressourcen benötigen
   
   Singletons sind von Vorteil, wenn es gemeinsame Ressourcen gibt, wie Konfigurationseinstellungen, Caches oder Protokollierungstools, die von mehreren Teilen von benötigt werden die Anwendung. Zentralisierter Zugriff und zentrale Verwaltung vereinfachen die Ressourcenverwaltung, insbesondere für Klassen, die global zugänglich und veränderbar sein müssen.

3. Wenn wir den Zugriff auf eine Ressource kontrollieren wollen
   
   Singletons ermöglichen den kontrollierten Zugriff auf eine einzelne Ressource, indem sie diese in einer Klasse kapseln. Dies macht sie hilfreich, wenn jeweils nur eine Verbindung oder Ressource verwendet werden soll, z. B. die Verwaltung eines Dateischreibers, um einen synchronisierten Zugriff oder eine gemeinsame Netzwerkverbindung sicherzustellen.

4. In Multithread- oder parallelen Anwendungen
   
   In Anwendungen mit mehreren Threads kann ein Singleton sicherstellen, dass nicht mehr als ein Thread gleichzeitig auf kritische Abschnitte oder gemeinsam genutzte Ressourcen zugreift. Ein ordnungsgemäß implementierter Singleton kann Thread-sicheren Zugriff ermöglichen, die Wahrscheinlichkeit von Race Conditions verringern und sicherstellen, dass nur auf eine Instanz einer gemeinsam genutzten Ressource gleichzeitig zugegriffen wird.

Jetzt verstehen wir das Problem und wissen, wann wir es verwenden sollten. Lassen Sie uns sehen, wie wir dieses Problem angehen können.

UML-Diagramm des Singleton-Musters

Das UML-Diagramm umfasst normalerweise die folgenden Komponenten:

1. Singleton-Klasse: Dies ist die Klasse, die die Instanziierung einschränkt. Es verfügt normalerweise über eine private statische Instanzvariable, um die einzelne Instanz zu speichern.
2. Konstruktor: Der Konstruktor ist privat, um eine direkte Instanziierung von außerhalb der Klasse zu verhindern.
3. Öffentliche statische Methode: Diese Methode ermöglicht den Zugriff auf die Instanz. Wenn die Instanz nicht vorhanden ist, wird eine erstellt. andernfalls wird die vorhandene Instanz zurückgegeben.

Hier ist eine einfache Darstellung des UML-Diagramms für das Singleton-Muster:

Hinweis:

• -: Privater Zugriffsmodifikator (zeigt an, dass auf die Instanzvariable und den Konstruktor außerhalb der Klasse nicht zugegriffen werden kann).
• : Modifikator für öffentlichen Zugriff (zeigt an, dass öffentlich auf die getConnection()-Methode zugegriffen werden kann).

Java-Implementierung

Hier ist ein Beispiel für ein in Java implementiertes Singleton-Muster:

// first instance
DataConnection dataConnection1 = new DataConnection();

//Second instance
DataConnection dataConnection2 = new DataConnection();

Wenn wir nun die Instanz von Database Connection erhalten möchten, rufen wir ihre statischen Methoden wie folgt auf: DataConnection dataConnection = DataConnection.getConnection();.

public class DataConnection {
      private static DataConnection instance = null;

      /*
       * This private keyword in constructor 
       * is to prevent direct instantiation from
       * outside the class.
       */
      private DataConnetion() { }

      /*
       * static method so that we can call 
       * this method outside the class without
       * instantiation object
       */
      public static DataConnection getConnection() {
            if (instance == null) {
                  instance = new DataConnection();
            }
            return instance;
      }

      public void showMessage() {
            System.out.println("Database is connected");
      }
}

---

Abschluss

Das Singleton-Muster ist ein grundlegendes Entwurfsmuster, das sicherstellt, dass in einer Anwendung nur eine Instanz einer bestimmten Klasse vorhanden ist. Durch die Einschränkung des Instanziierungsprozesses und die Bereitstellung globalen Zugriffs auf eine einzelne Instanz hilft das Singleton-Muster dabei, gemeinsam genutzte Ressourcen effizient zu verwalten, z Datenbankverbindungen, Konfigurationseinstellungen und Logger. Dieses Muster ist besonders nützlich in Szenarien, in denen Konsistenz und kontrollierter Zugriff auf Ressourcen von entscheidender Bedeutung sind.

Weitere Informationen und Best Practices zur effektiven Implementierung des Singleton-Musters finden Sie in diesem Leitfaden auf DigitalOcean.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonAnfängerleitfaden zum Singleton-Muster. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!