[翻译] 单例（Singleton）

英文原文： https://sourcemaking.com/design_patterns/singleton 

意图

• 确保一个类只有一个实例，并提供一个访问其实例的全局点；
• 封装 “即时初始化” （just-in-time initialization）或 “首次使用时初始化” （initialization on first use）。

问题

应用需要一个且唯一一个对象的实例。而且，延迟初始化（lazy initialization）和全局访问是必须的。

讨论

使得具有单一实例对象的类负责创建、初始化、访问和执行。声明这个实例作为一个私有静态数据成员。提供一个公共静态成员函数封装所有的初始化代码，同时提供对这个实例的访问。

任何时候，需要引用单一实例时，客户端（使用类名和范围精度操作符¹）调用 accessor 函数。

只有满足所有下面三个标准时，才应该考虑单例模式：

• 单个实例的所有权不能合理分配；
• 延迟初始化是可取的；
• 全局访问未另行规定；

如果单个成员实例的所有权，何时以及如何初始化，全局访问都不是问题，那么单例模式将不足以令人感兴趣。

单例模式可以扩展到支持访问包含大量实例的具体应用。

“静态成员函数访问器”（static member function accessor）方法将不会支持 Singleton类的子类。如果需要子类，参考本书中的讨论。

删除一个Singleton类/实例是一个有意义的设计问题。可查看John Vlissides在讨论中所说 "To Kill A Singleton" 。

结构

使得包含单一实例的类负责访问和在第一次使用时初始化。这个单一实例是一个私有静态属性。而 accessor 函数是一个公共静态方法。

示例

Singleton 模式确保这种类只有一个实例，并提供此实例的全局访问点。它根据 singleton set 命名，singleton set 定义了一个只包含一个元素的集合。美国总统办公室就是一个单例。美国宪法指定总统的选举方式，限制了其任期，并定义了继任的顺序。所以，在任何给定时间，最多只有一个有效的总统。不管这个有效的总统的个人身份，这个标题 “美国总统” 是一个全局访问点，识别在办公室的那个人。

清单

1. 在 “单一实例” 类中，定义一个私有静态属性。
2. 在这个类中，定义一个公有静态 accessor 函数。
3. 在访问器（accessor）函数中，进行 “延迟初始化”（在首次使用时创建）。
4. 定义所有构造体为 protected 或 private 。
5. 客户端可能只能使用 accessor 函数来操控 Singleton 。

经验法则

• Abstract Factory，Builder 和  Prototype  可以在它们实现中使用 Singleton 。
• Facade 对象常常是 Singletons，因为其只需要唯一一个 Facade 对象。
• 状态对象常常是 Singletons 。
• Singleton 对于全局变量的优势是当你使用 Singleton 时，你绝对确信实例的数目，而且你可以改变你的思维和管理任何数量的实例。
• Singleton 设计模式是最多被不恰当使用的模式之一。Singletons 只有在一个类必须只有一个实例，不能多，也不能少时，才能确定使用。设计者经常错误地使用 Singletons 替代全局变量。Singleton 出于意图和目的是一个全局变量。Singleton 并没有消除全局变量，它只是对其重命名。
• 什么时候 Singleton 是不必要的？简短的答案：大多数时候。长答案：当以引用的方式传递一个对象资源给需要它的对象更容易的时候，而不是让对象全局访问资源。对于 Singletons，真正的问题是它们给你一个好借口，不要仔细考虑一个对象的合适的可见性。发现在公开和保护对象之间合适的平衡，对于维护灵活性是非常重要的。

因为我们组有使用全局变量的坏习惯，所以我组织了关于 Singleton 的学习小组。接下来，我发现 Singletons 到处出现，而与全局变量相关的问题一个都没有消失。对全局数据的问题的答案并不是把它变成 Singleton 。其答案是 “到底你们为什么使用全局变量？” 改变名字不能改变问题。实际上，这样，可能会使情况变坏，因为你有机会说，“哦，我没有那样做，我是这样做的” —— 即使这样和那样是同一个事情。

代码示例

Java	Singleton in Java	Singleton in Java
C++	Singleton in C++: Before and after	Singleton in C++
PHP	Singleton in PHP
Delphi	Singleton in Delphi
Python	Singleton in Python

 

译者注：

1、范围精度操作符 - scope resolution operator，即 "::"