Diagrama UML de una clase que implementa el patrón singleton.
En ingeniería de software, singleton o instancia única es un patrón de diseño que restringe la creación a un único objeto la creación de objetos pertenecientes a una clase y asegura de que sólo haya esta instancia única.
Además de garantizar que una clase solo tenga una instancia, proporcionar un punto de acceso global a ella.
El patrón singleton se implementa creando en nuestra clase un método que crea una instancia del objeto solo si todavía no existe alguna. Para asegurar que la clase no puede ser instanciada nuevamente se regula el alcance del constructor (con modificadores de acceso como protegido o privado).
La instrumentación del patrón puede ser delicada en programas con múltiples hilos de ejecución. Si dos hilos de ejecución intentan crear la instancia al mismo tiempo y esta no existe todavía, solo uno de ellos debe lograr crear el objeto. La solución clásica para este problema es utilizar exclusión mutua en el método de creación de la clase que implementa el patrón.
Las situaciones más habituales de aplicación de este patrón son aquellas en las que dicha clase controla el acceso a un recurso físico único (como puede ser el ratón o un archivo abierto en modo exclusivo) o cuando cierto tipo de datos debe estar disponible para todos los demás objetos de la aplicación.
Los críticos consideran al singleton como un anti-patrón utilizando en escenarios donde no es beneficioso, introduce restricciones innecesarias donde una única instancia de una clase no es realmente requerida y agrega un estado global en la aplicación.[1][2]
El patrón singleton provee una única instancia global gracias a que:
La propia clase es responsable de crear la única instancia. Por medio de su método constructor.
Permite el acceso global a dicha instancia mediante un método de clase.
Declara el constructor de clase como privado para que no sea instanciable directamente.
Al estar internamente autoreferenciada, en lenguajes como Java, el recolector de basura no actúa.
Ejemplo de implementación
ActionScript 3
Una implementación del patrón singleton en ActionScript es la siguiente:
publicclassSingleton{privatestaticvarinstance:Singleton;privatestaticvarallowInstance:Boolean;publicfunctionSingleton(){if(!allowInstance){thrownewError("Debes usar getInstance()");}else{trace("Se inicializó una instancia de Singleton");}}publicstaticfunctiongetInstance():Singleton{if(instance==null){allowInstance=true;instance=newSingleton();allowInstance=false;}else{trace("Se regresa la instancia existente");}returninstance;}}
Autoit
Una implementación del patrón singleton en Autoit es la siguiente:
#include<Misc.au3>if_Singleton("test",1)=0ThenMsgbox(0,"Warning","An occurence of test is already running")ExitEndIfMsgbox(0,"OK","the first occurence of test is running")
C#
Un ejemplo correcto de inicialización diferida y segura en entornos multi-hilo en C# sería:
publicclassSingleton{// Variable estática para la instancia, se necesita utilizar una función lambda ya que el constructor es privadoprivatestaticreadonlyLazy<Singleton>instance=newLazy<Singleton>(()=>newSingleton());// Constructor privado para evitar la instanciación directaprivateSingleton(){}// Propiedad para acceder a la instanciapublicstaticSingletonInstance{get{returninstance.Value;}}}// Clase de pruebapublicclassPrueba{privatestaticvoidMain(string[]args){//Singleton s0 = new Singleton(); //ErrorSingletons1=Singleton.Instance;Singletons2=Singleton.Instance;if(s1==s2){// Misma instancia}}}
C++
Una solución posible en C++ (conocida como el singleton de Meyers) en la cual el singleton es un objeto local estático (notar que esta solución no es segura en programas multi-hilo):
template<classT>classSingleton{public:staticT&Instance(){staticTlaInstanciaSingleton;//asumir T posee un constructor por defectoreturnlaInstanciaSingleton;}};classSingleton:publicSingleton<Singleton>{friendclassSingleton<Singleton>;//para dar acceso al constructor privado de SoloUno//..definir aquí el resto de la interfaz};
Esta implementación ha sido sacada de [1] y está basada en la sobreescritura de los métodos NewInstance y FreeInstance que se hereda de la clase TObject, la madre de todos los objetos en Embarcadero Delphi.
publicclassSingleton{privatestaticfinalSingletonINSTANCE=newSingleton();// El constructor privado no permite que se genere un constructor por defecto.// (con mismo modificador de acceso que la definición de la clase) privateSingleton(){}publicstaticSingletongetInstance(){returnINSTANCE;}}
Un ejemplo correcto de inicialización diferida. Se deja para comentar un error común en Java al no tener en cuenta la sincronización de métodos.
publicclassSingleton{privatestaticSingletonINSTANCE=null;// Private constructor suppresses privateSingleton(){}// creador sincronizado para protegerse de posibles problemas multi-hilo// otra prueba para evitar instanciación múltiple privatesynchronizedstaticvoidcreateInstance(){if(INSTANCE==null){INSTANCE=newSingleton();}}publicstaticSingletongetInstance(){if(INSTANCE==null)createInstance();returnINSTANCE;}}
Si queremos reducir el coste de la sincronización, se realiza la comprobación de la instancia antes de invocar el método "createInstance"; también es posible hacerlo en un único método de la siguiente manera [2]:
privatestaticvoidcreateInstance(){if(INSTANCE==null){// Solo se accede a la zona sincronizada// cuando la instancia no está creadasynchronized(Singleton.class){// En la zona sincronizada sería necesario volver// a comprobar que no se ha creado la instanciaif(INSTANCE==null){INSTANCE=newSingleton();}}}}
Para asegurar que se cumpla el requerimiento de "única instancia" del singleton; la clase debería producir un objeto no clonable:
//Así se podría clonar el objeto y no tendría unicidad.SingletonObjectDemoclonedObject=(SingletonObjectDemo)obj.clone();
Entonces, se debería impedir la clonación sobreescribiendo el método "clone" de la siguiente manera:
//El método "clone" es sobreescrito por el siguiente que arroja una excepción:publicObjectclone()throwsCloneNotSupportedException{thrownewCloneNotSupportedException();}
Otra cuestión a tener en cuenta es que los métodos (o la clase) deberían ser declarados como: final para que no puedan ser sobreescritos.
Existe otra implementación menos conocida, pero con mayores ventajas dentro de Java que es la siguiente:
Como es habitual en Perl, hay más de un forma de hacerlo. De entre varias posibilidades,[3] podemos señalar esta:
[Singleton.pm]packageSingleton;my$singleton;subnew{my$class=shift;$singleton||=bless{},$class;}...[foo.pl]requireSingleton;my$object1=newSingleton;my$object2=newSingleton;# El mismo objeto
PHP
Un ejemplo de implementación del patrón singleton en PHP sería la siguiente:
<?phpclassSingleton{// Contenedor Instancia de la claseprivatestatic$instance=null;// Constructor privado, previene la creación de instancias vía newprivatefunction__construct(){}// Clonación no permitidaprivatefunction__clone(){}// Método singleton publicstaticfunctiongetInstance(){if(null===self::$instance){self::$instance=newSingleton();}returnself::$instance;}}
Python
El siguiente es un ejemplo de implementación de Singleton en Python (tampoco es segura en la programación multi-hilo):
classSingleton(object):instance=Nonedef__new__(cls,*args,**kargs):ifcls.instanceisNone:cls.instance=object.__new__(cls,*args,**kargs)returncls.instance#UsagemySingleton1=Singleton()mySingleton2=Singleton()#mySingleton1 y mySingleton2 son la misma instanciaassertmySingleton1ismySingleton2
Y otra posibilidad interesante es implementarlo como una metaclase:
classSingleton(type):def__init__(cls,name,bases,dct):cls.__instance=Nonetype.__init__(cls,name,bases,dct)def__call__(cls,*args,**kw):ifcls.__instanceisNone:cls.__instance=type.__call__(cls,*args,**kw)returncls.__instanceclassA:__metaclass__=Singleton# Definir aquí el resto de la interfaza1=A()a2=A()asserta1isa2
Visual Basic. NET
Una implementación del patrón singleton en Visual Basic .NET es la siguiente:
Abstract Factory: muchas veces son implementados mediante singleton, ya que normalmente deben ser accesibles públicamente y debe haber una única instancia que controle la creación de objetos.
Monostate: es similar al singleton, pero en lugar de controlar el instanciado de una clase, asegura que todas las instancias tengan un estado común, haciendo que todos sus miembros sean de clase.
Data&Object Factory, explicación e implementación en C# del patrón singleton.
Patrón Singleton explicado en video, artículo de Lucas Ontivero donde explica mediante tres videos de 8 minutos 3 implementaciones del patrón Singleton en CSharp (nivel básico)
Referencias
↑«Singleton design pattern». HowToDoInJava(en inglés estadounidense). 22 de octubre de 2012. Consultado el 10 de julio de 2020.
↑Contieri, Maximiliano (11 de julio de 2020). «Singleton: El Patrón del mal». Medium(en inglés). Consultado el 11 de julio de 2020.
↑Cunningham & Cunningham, Inc. (ed.). «Perl Singleton»(en inglés). Consultado el 4 de septiembre de 2012.