Vietnamese Developers' Blog

Singleton có lẽ là một trong những pattern có tính trừu tượng dễ hiểu nhất mà người học design pattern nào cũng biết. Trong dự án vừa rồi tôi có phải implement một cái database connection pool và thread pool mà nó chính xác là một singleton object. Tôi đã chọn Singleton để implement những class đó. Tất nhiên singleton chỉ là một phần nhỏ, không phải phần cốt lõi trong những cái pool đó, nhưng trong bài viết này tôi sẽ viết về singleton pattern như là bài viết đầu tiên về loạt bài design pattern tiếp theo. Những bài viết của tôi thường lấy ý tưởng từ những quyển sách kinh điển (nhiều khi là dịch lại – vì họ viết quá xuất sắc và không có gì cần thêm hay bớt). Tôi chỉ cố gắng hiểu một cách sâu sắc nhất và ghi lại theo cách hiểu. Trong ví dụ về design pattern, tôi chọn quyển Gang Of Four – Design Patterns – Elements of Reusable Object-Oriented Sofware, một quyển sách kinh điển nhất về design pattern. Nếu bạn có thời gian thì hãy dành thời gian đọc nó (bằng tiếng Anh để hiểu sâu sắc hơn).

1. Mục đính và ý nghĩa.

- Đảm bảo rằng một class có duy nhất một thực thể (instance) hay đối tượng (object) và cung cấp một cách thức truy nhập toàn cục để có thể từ bất kỳ đâu cũng lấy được instance duy nhất đó. Chúng ta cũng gọi thực thể duy nhất đó là thực thể chính (solely) của class đó.

Đối với một vài class thì việc chỉ có duy nhất một instance (object) là rất quan trọng. Mặc dù có rất nhiều máy in trong hệ thống nhưng chỉ có một printer spooler. Cũng chỉ có một file system và một windows manager. Cũng như trong thiết kế connection pool thì chỉ có một connection pool quản lý nhiều connection.

Làm thế nào để chúng ta đảm bảo một class chỉ có một thể hiện duy nhất và dễ dàng truy nhập được? Một object toàn cục có thể làm cho nó dễ dàng truy nhập được nhưng không ngăn cấm bạn tạo thêm nhiều object khác.

Một giải pháp tốt hơn là làm cho class đó tự bản thân nó có thể điều khiển được thực thể chính của nó. Class đó có thể đảm bảo rằng không có thực thể khác được tạo ra (bằng cách chặn đứng các yêu cầu tạo object mới) và cung cấp cách thức để truy nhập được thực thể chính của nó. Đó là singleton pattern.

2. Cấu trúc

3. Implementation

Phương pháp chung nhất để đảm bảo có một thực thể duy nhất là giấu đi cách thức tạo ra thực thể ở bên trong lớp đó (hoặc là static member function hoặc một member function của class đó) và trong những hàm này thì đã đảm bảo rằng chỉ một thực thể được tạo ra. Có nghĩa là người sử dụng sẽ không thể gọi hàm constructor và destructor mà phải gọi thông qua một member function của lớp. Member function sẽ truy nhập vào biến mà lưu giữ thực thể duy nhất và đảm bảo rằng biến này được khởi tạo với thực thể duy nhất trước khi trả về giá trị. Cách tiếp cận này đảm bảo rằng singleton được tạo ra và khởi tạo trước khi nó được sử dụng lần đầu tiên. Bạn có thể định nghĩa hàm này trong C++ như một static member function Instance() của lớp Singleton. Singleton cũng định nghĩa biến static member variable _instance là con trỏ đến thực thể duy nhất.

class Singleton
{
public:
    static Singleton* Instance();
protected:
    Singleton();
private:
    static Singleton* _instance;
};

Singleton* Singleton::_instance = 0;

Singleton* Singleton::Instance ()
{
    if (_instance == 0) {
        _instance = new Singleton;
    }
    return _instance;
}

 

Người sử dụng hoàn toàn truy nhập vào singleton thông qua member function Instance(). Biến _instance được khởi tạo là 0 và Instance() sẽ trả về giả trị của biến đó, khởi tạo nó bởi một thực thể duy nhất nếu nó là 0. Hàm này sử dụng cách thức khởi tạo lười biếng, nghĩa là thực thể không được tạo ra và lưu trữ cho đến khi nó lần đầu được truy nhập.

Chú ý rằng hàm constructor là protected. Người sử dụng cố gắng khởi tạo một thực thể mới Singleton trực tiếp (bằng constructor) sẽ gặp lỗi lúc biên dịch. Điều này đảm bảo rằng chỉ có một thực thể có thể được tạo ra.

Hơn thế nữa, vì _instance là pointer đến đối tượng Singleton, nên member function Instance() có thể gán con trỏ tới một subclass của Singleton vào biến _instance.