Singleton là gì? Ưu điểm và nhược điểm của Singleton

Khi học lập trình và hướng đến trở thành lập trình viên chuyên nghiệp, bạn sẽ phải làm việc với các Design Pattern. Trong đó, Singleton Design Pattern là một trong những Design Pattern dễ hiểu và nên học trước khi đi sâu vào tìm hiểu các Design Pattern khác. Vậy, Singleton là gì? Ưu điểm và nhược điểm của Singleton ra sao? Tất cả sẽ được Tino Group giải đáp trong bài viết.

Tìm hiểu về Singleton

Lưu ý: nội dung của bài viết sẽ tập trung vào giới thiệu Singleton Design Pattern sao cho dễ hiểu nhất và làm nổi bật giá trị của Design Pattern này. Nếu bạn đang tìm cách để triển khai Singleton trong một dự án hay một ngôn ngữ lập trình, bạn nên tìm kiếm bằng những từ khóa như: “Singleton + ngôn ngữ lập trình” ví dụ như: Java Singleton example, Spring Boot singleton example,… để có nội dung chuyên sâu về code bạn nhé!

Singleton là gì?

Singleton là một Design Pattern thuộc nhóm Creational Design Pattern cùng với Abstract Factory Pattern. Bạn có thể hiểu đơn giản rằng: Singleton là một Design Pattern đảm bảo rằng mỗi class sẽ chỉ có duy nhất 1 instance, đồng thời cung cấp một điểm truy cập toàn cục cho instance này.

Để hiểu hơn về Singleton, bạn sẽ cần phải đọc qua về SOLID là gì? 5 nguyên tắc của SOLID nhé! Vì, Singleton sẽ giải quyết được hai vấn để trong Single-responsibility Principle – Nguyên tắc trách nhiệm đơn lẻ của SOLID đấy! Hai vấn đề đó bao gồm:

• Mỗi class chỉ có một instance duy nhất.
• Instance cần cung cấp một điểm truy cập chung hay bạn có thể truy cập instance đó ở bất kỳ đâu.

Vì sao nên sử dụng Singleton?

Ví dụ, để tạo một ứng dụng nghe nhạc, để bật tắt nhạc, bạn sẽ khởi tạo 2 instance: 1 cho “bật” và 1 cho “tắt”. Điều này sẽ dẫn đến tình trạng 2 instance không liên quan đến nhau không thể làm việc thay thế cho nhau được. Vì thế, phương án tốt nhất là bạn sẽ khởi tạo 1 instance để bật và tắt nhạc. Singleton chính là giải pháp bạn đang cần khi:

• Bạn có thể đặt phương thức khởi tạo là riêng tư và không cho các class khác sử dụng new với class Singleton.
• Sử dụng phương thức tĩnh để khởi tạo Singleton, tất cả lệnh gọi đến phương thức này sẽ được trả về bộ nhớ cache.

Nếu code của bạn có khả năng truy cập vào class Singleton đồng nghĩa với việc có thể gọi phương thức tĩnh của Singleton. Bất cứ khi nào bạn làm vậy, sẽ có cùng một đối tượng được trả về. Vậy là vấn đề của bạn được giải quyết! Thật quá tiện lợi đúng không nào?

Ví dụ về Singleton

Tino Group sẽ lấy một ví dụ từ thực tế nhé! Ví dụ thực tế nhất để minh họa cho Singleton Design Pattern chính là bộ máy Chính Phủ. Một quốc gia chỉ có duy nhất 1 Chính Phủ chính thức đồng nghĩa với việc “Chính Phủ X” là điểm truy cập được xác định rõ ràng và duy nhất.

Ưu điểm và nhược điểm của Singleton

Tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu về ưu điểm và nhược điểm của Singleton nhé!

Ưu điểm của Singleton

3 ưu điểm vượt trội nhất của Singleton chính là những đặc điểm chúng ta đã nhắc lại khác nhiều lần trong bài đó là:

• Bạn có thể chắc chắn rằng mỗi class chỉ có một instance duy nhất.
• Bạn có thể truy cập instance ở bất cứ đâu và bất cứ khi nào
• Singleton chỉ khởi tạo khi bạn gọi chúng lần đầu tiên (gọi khi nào khởi tạo khi ấy).

Nhược điểm của Singleton

Tuy nhiên, Singleton cũng có khá nhiều nhược điểm và đặc biệt những nhược điểm này sẽ thể hiện rất rõ, ảnh hưởng lớn nếu như bạn thực hiện một dự án lớn như:

• Vi phạm nguyên tắc Single Responsibility Principle – nguyên tắc đơn nhiệm, một pattern giải quyết cùng lúc 2 vấn đề.
• Mẫu Singleton có thể ẩn đi những thiết kế xấu cho instance khi các component trong chương trình biết rõ về nhau.
• Singleton yêu cầu xử lý đặc biệt trong mộ trường đa luồng, để nhiều luồng không tạo ra một đối tượng Singleton nhiều lần.
• Singleton thường xuyên bị các lập trình viên lâu năm đánh giá là “Evil”, vì Singleton tạo ra quá nhiều phụ thuộc, không thể sử dụng đa hình và dễ tạo ra các bug làm họ phải debug “thâu đêm”.

Singleton có rất nhiều nhược điểm thực sự rất đáng quan ngại. Vì thế, trước khi triển khai Singleton, bạn nên cân nhắc và lưu ý về những nhược điểm của Singleton nhé!

Hướng dẫn implement Singleton

Quy trình triển khai Singleton

Chúng ta sẽ có 5 bước chính để triển khai Singleton bao gồm:

• Định nghĩa thuộc tính static riêng tư trong class “single instance”
• Định nghĩa hàm static công khai trong một class
• Thực hiện “Lazy initialization” cho lần sử dụng đầu tiên trong hàm cần truy cập.
• Định nghĩa các hàm đều được protected hoặc private.
• Client chỉ có thể sử dụng hàm để truy cập và thao tác với Singleton.

Trong ảnh là một code ví dụ về triển khai Singleton trong Spring

Quy tắc ngón tay cái

Khi sử dụng Singleton, bạn cần phải lưu ý thêm một số quy tắc:

• Bạn có thể sử dụng Singleton trong việc triển khai Abstract Factory, Builder và Prototype.
• Đối tượng Facade là một Singleton vì chỉ cần 1 đối tượng Facade.
• State object thường là Singleton.
• Ưu điểm của việc có thể truy cập Singleton là: bạn có thể chắc chắn về số lượng trường hợp sử dụng Singleton; bạn có thể thay đổi ý định hoặc quản lý số lượng trong bất kỳ trường hợp nào.
• Singleton là một trong những Design Pattern bị “ghét bỏ” nhất bởi vì các nhà thiết kế sử dụng Singleton để thay thế cho biến toàn cục là sai lầm!
• Singleton chỉ có thể sử dụng khi mỗi class có một instance duy nhất.
• Khi nào phù hợp để gọi một Singleton? Câu trả lời là: khi chuyển đổi một tài nguyên đối tượng làm tham chiếu đến các đối tượng đơn giản hơn là để truy cập tài nguyên mọi lúc mọi nơi.

Vậy là chúng ta đã tìm hiểu qua về Singleton là gì, ưu điểm và nhược điểm của Singleton cũng như quy trình triển khai Singleton. Tino Group hi vọng rằng những kiến thức trong bài viết này có thể hỗ trợ bạn trong việc khởi động và tìm hiểu thêm về Design Pattern nói chung và Singleton Design Pattern nói riêng. Chúc bạn sẽ trở thành một lập trình viên chuyên nghiệp trong tương lai và có nhiều thăng tiến trong sự nghiệp.

Bài viết có tham khảo từ: Refactoring.Guru, SourceMaking, TopDev, freeCodeCamp, CodeLearn,…

Những câu hỏi thường gặp về Singleton