Singleton

De Wikipedia, la enciclopedia libre

El patrón de diseño singleton (instancia única) está diseñado para restringir la creación de objetos pertenecientes a una clase o el valor de un tipo a un único objeto.

Su intención consiste en garantizar que una clase sólo tenga una instancia y 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 sólo si todavía no existe alguna. Para asegurar que la clase no puede ser instanciada nuevamente se regula el alcance del constructor (con atributos 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, sólo 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.

El patrón singleton provee una única instancia global gracias a que:

• La propia clase es responsable de crear la única instancia.
• 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.

[editar] Ejemplo de implementación

[editar] Java

Una implementación correcta en el lenguaje de programación Java para programas multi-hilo es la solución conocida como "inicialización bajo demanda" sugerida por Bill Pugh:

public class Singleton {
    // El constructor privado no permite que se genere un constructor por defecto
    // (con mismo modificador de acceso que la definicion de la clase) 
    private Singleton() {}
 
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }
 
    private static class SingletonHolder {
           private static Singleton instance = new Singleton();
    }
}

A continuación, un ejemplo correcto de inicialización diferida. Se deja para comentar un error común en Java al no tener en cuenta la sincronización de métodos.

public class Singleton {
    private static Singleton INSTANCE = null;
 
    // Private constructor suppresses 
    private Singleton() {}
 
    // creador sincronizado para protegerse de posibles problemas  multi-hilo
    // otra prueba para evitar instanciación múltiple 
    private synchronized static void createInstance() {
        if (INSTANCE == null) { 
            INSTANCE = new Singleton();
        }
    }
 
    public static Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) createInstance();
        return INSTANCE;
    }
}

[editar] C#

Un ejemplo correcto de inicialización diferida en C# sería:

using System.Runtime.CompilerServices;
 
public class Singleton
{
    private static Singleton Instance = null;
 
    // El constructor privado no permite que se genere un constructor por defecto
    // (que es público)
    private Singleton() {}
 
    // creador sincronizado para protegerse de posibles problemas multi-hilo
    // otra prueba para evitar instanciación múltiple 
    [MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
    private static void CreateInstance()
    {
        if (Instance == null)
        { 
            Instance = new Singleton();
        }
    }
 
    public static Singleton GetInstance()
    {
        if (Instance == null) CreateInstance();
        return Instance;
    }
}
 
// Clase de prueba
public class Prueba
{
   private static void main(string[] args)
   {
     //Singleton s0 = new Singleton();  ----Error
     Singleton s1 = Singleton.GetInstance();
     Singleton s2 = Singleton.GetInstance();
     if(s1==s2)
     {
       // Misma instancia
     }
   }
}

[editar] C++

Una solución posible en C++ (conocida como el singleton de Meyers) en la cual el singleton es un objecto local estático (notar que esta solución no es segura en programas multi-hilo):

template<typename T> class Singleton
{
    public:
        static T& Instance()
        {
            static T laInstanciaSingleton; //asumir T posee un constructor por defecto
            return laInstanciaSingleton;
        }
};
 
class SoloUno : public Singleton<SoloUno>
{
     friend class Singleton<SoloUno>; //para dar acceso al constructor privado de SoloUno
     //..definir aquí el resto de la interfaz
};

[editar] Python

El siguiente es un ejemplo de implementación de Singleton en Python (no es thread safe)

class  Singleton (object):
   instance = None       
    def __new__(cls, *args, **kargs): 
        if cls.instance is None:
            cls.instance = object.__new__(cls, *args, **kargs)
        return cls.instance
 
#Usage
mySingleton1 =  Singleton()
mySingleton2 =  Singleton()
 
#mySingleton1 y mySingleton2 son la misma instancia
assert mySingleton1 is mySingleton2

Y otra posibilidad interesante es implementarlo como una metaclase:

class Singleton(type):
 
    def __init__(cls, name, bases, dct):
        cls.__instance = None
        type.__init__(cls, name, bases, dct)
 
    def __call__(cls, *args, **kw):
        if cls.__instance is None:
            cls.__instance = type.__call__(cls, *args,**kw)
        return cls.__instance
 
class A:
    __metaclass__ = Singleton
    # Definir aquí el resto de la interfaz
 
a1 = A()
a2 = A()
 
assert a1 is a2

[editar] Visual Basic. NET

Una implementación del patrón singleton en Visual Basic. NET es la siguiente:

Public Class Singleton
 
    Private Sub New()
    End Sub
 
    Private Shared _instancia As Singleton
 
    Public Shared ReadOnly Property Instancia() As Singleton
        Get
            If _instancia Is Nothing Then
                _instancia = New Singleton
            End If
 
            Return _instancia
        End Get
    End Property
 
End Class

[editar] PHP5

Una implementación del patrón singleton en PHP5 es la siguiente:

<?php
class Ejemplo
{
    // Contenedor Instancia de la Clase
    private static $instance;
 
    // A private constructor; previene creacion de objetos via new
    private function __construct()
    {
        echo 'Soy el constructor';
    }
 
    // EL metodo singleton 
    public static function singleton()
    {
        if (!isset(self::$instance)) {
            $c = __CLASS__;
            self::$instance = new $c;
        }
 
        return self::$instance;
    }
 
    // Clone no permitido
    public function __clone()
    {
        trigger_error('Clone no se permite.', E_USER_ERROR);
    }
 
}
 
?>

[editar] Patrones relacionados

• 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.f

[editar] Enlaces externos

• Explicación del patrón singleton.
• A Q&A page (java.sun.com)
• PEC(TM), compilador que garantiza la correcta instrumentación del patrón singleton y de otros patrones.
• Data&Object Factory, explicación e implementación en C# del patrón singleton.
• El Patron Singleton (MSDN), artículo de Leon Welicki donde se explica e implementa este patrón utilizando .NET.
• 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)