Одиночка на Java
Одиночка — это порождающий паттерн, который гарантирует существование только одного объекта определённого класса, а также позволяет достучаться до этого объекта из любого места программы.
Одиночка имеет такие же преимущества и недостатки, что и глобальные переменные. Его невероятно удобно использовать, но он нарушает модульность вашего кода.
Вы не сможете просто взять и использовать класс, зависящий от одиночки в другой программе. Для этого придётся эмулировать присутствие одиночки и там. Чаще всего эта проблема проявляется при написании юнит-тестов.
Сложность:
Популярность:
Применимость: Многие программисты считают Одиночку антипаттерном, поэтому его всё реже и реже можно встретить в Java-коде.
Тем не менее, Одиночке нашлось применение в стандартных библиотеках Java:
Признаки применения паттерна: Одиночку можно определить по статическому создающему методу, который возвращает один и тот же объект.
Наивный Одиночка (один поток)
Топорно реализовать Одиночку очень просто — достаточно скрыть конструктор и предоставить статический создающий метод.
Singleton.java: Одиночка
package refactoring_guru.singleton.example.non_thread_safe;
public final class Singleton {
private static Singleton instance;
public String value;
private Singleton(String value) {
// Этот код эмулирует медленную инициализацию.
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException ex) {
ex.printStackTrace();
}
this.value = value;
}
public static Singleton getInstance(String value) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton(value);
}
return instance;
}
}
DemoSingleThread.java: Клиентский код
package refactoring_guru.singleton.example.non_thread_safe;
public class DemoSingleThread {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("If you see the same value, then singleton was reused (yay!)" + "\n" +
"If you see different values, then 2 singletons were created (booo!!)" + "\n\n" +
"RESULT:" + "\n");
Singleton singleton = Singleton.getInstance("FOO");
Singleton anotherSingleton = Singleton.getInstance("BAR");
System.out.println(singleton.value);
System.out.println(anotherSingleton.value);
}
}
OutputDemoSingleThread.txt: Результаты выполнения
If you see the same value, then singleton was reused (yay!)
If you see different values, then 2 singletons were created (booo!!)
RESULT:
FOO
FOO
Наивный Одиночка (много потоков)
Тот же класс ведёт себя неправильно в многопоточной среде. Несколько потоков могут одновременно вызвать метод получения Одиночки и создать сразу несколько экземпляров объекта.
Singleton.java: Одиночка
package refactoring_guru.singleton.example.non_thread_safe;
public final class Singleton {
private static Singleton instance;
public String value;
private Singleton(String value) {
// Этот код эмулирует медленную инициализацию.
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException ex) {
ex.printStackTrace();
}
this.value = value;
}
public static Singleton getInstance(String value) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton(value);
}
return instance;
}
}
DemoMultiThread.java: Клиентский код
package refactoring_guru.singleton.example.non_thread_safe;
public class DemoMultiThread {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("If you see the same value, then singleton was reused (yay!)" + "\n" +
"If you see different values, then 2 singletons were created (booo!!)" + "\n\n" +
"RESULT:" + "\n");
Thread threadFoo = new Thread(new ThreadFoo());
Thread threadBar = new Thread(new ThreadBar());
threadFoo.start();
threadBar.start();
}
static class ThreadFoo implements Runnable {
@Override
public void run() {
Singleton singleton = Singleton.getInstance("FOO");
System.out.println(singleton.value);
}
}
static class ThreadBar implements Runnable {
@Override
public void run() {
Singleton singleton = Singleton.getInstance("BAR");
System.out.println(singleton.value);
}
}
}
OutputDemoMultiThread.txt: Результаты выполнения
If you see the same value, then singleton was reused (yay!)
If you see different values, then 2 singletons were created (booo!!)
RESULT:
FOO
BAR
Многопоточный Одиночка
Чтобы исправить проблему, требуется синхронизировать потоки при создании объекта-Одиночки.
Singleton.java: Одиночка
package refactoring_guru.singleton.example.thread_safe;
public final class Singleton {
// Поле обязательно должно быть объявлено volatile, чтобы двойная проверка
// блокировки сработала как надо.
private static volatile Singleton instance;
public String value;
private Singleton(String value) {
this.value = value;
}
public static Singleton getInstance(String value) {
// Техника, которую мы здесь применяем называется «блокировка с двойной
// проверкой» (Double-Checked Locking). Она применяется, чтобы
// предотвратить создание нескольких объектов-одиночек, если метод будет
// вызван из нескольких потоков одновременно.
//
// Хотя переменная `result` вполне оправданно кажется здесь лишней, она
// помогает избежать подводных камней реализации DCL в Java.
//
// Больше об этой проблеме можно почитать здесь:
// https://refactoring.guru/ru/java-dcl-issue
Singleton result = instance;
if (result != null) {
return result;
}
synchronized(Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton(value);
}
return instance;
}
}
}
DemoMultiThread.java: Клиентский код
package refactoring_guru.singleton.example.thread_safe;
public class DemoMultiThread {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("If you see the same value, then singleton was reused (yay!)" + "\n" +
"If you see different values, then 2 singletons were created (booo!!)" + "\n\n" +
"RESULT:" + "\n");
Thread threadFoo = new Thread(new ThreadFoo());
Thread threadBar = new Thread(new ThreadBar());
threadFoo.start();
threadBar.start();
}
static class ThreadFoo implements Runnable {
@Override
public void run() {
Singleton singleton = Singleton.getInstance("FOO");
System.out.println(singleton.value);
}
}
static class ThreadBar implements Runnable {
@Override
public void run() {
Singleton singleton = Singleton.getInstance("BAR");
System.out.println(singleton.value);
}
}
}
OutputDemoMultiThread.txt: Результаты выполнения
If you see the same value, then singleton was reused (yay!)
If you see different values, then 2 singletons were created (booo!!)
RESULT:
BAR
BAR
Хотите ещё?
Существует ещё с полдюжины способов реализации Одиночки в Java. Если интересно, можете ознакомиться с ними здесь:
