单例模式是GoF模式书中一个完全付费的成员,但最近它似乎被开发人员世界孤立了。我仍然使用了相当多的单线程,特别是对于工厂类,虽然你必须对多线程问题(像任何类一样)小心一点,但我不明白为什么它们如此糟糕。

Stack Overflow似乎特别假设每个人都认为Singleton是邪恶的。为什么?

请用“事实、参考资料或具体专业知识”来支持您的回答


因为它们基本上是面向对象的全局变量,所以通常可以用这样的方式设计类,这样就不需要它们了。


它很容易(ab)用作全局变量。依赖于单态的类相对来说更难单独进行单元测试。


参见Wikipedia Singleton_pattern

一些人还认为它是一种反模式,他们认为它被过度使用,在实际上不需要类的唯一实例的情况下引入了不必要的限制。[1][2][3][4]

参考文献(仅文章中的相关参考文献)

^亚历克斯·米勒。我讨厌的模式#1:辛格尔顿,2007年7月^Scott Densmore。为什么单身汉是邪恶的,2004年5月^史蒂夫·耶格。单身汉被认为愚蠢,2004年9月^J.B.Rainsberger,IBM。2001年7月,明智地使用你的单身


假设该模式用于模型的某个方面,而该方面是真正的单一模式,则该模式没有本质上的错误。

我认为这种反弹是由于它的过度使用,而这反过来又是因为它是最容易理解和实施的模式。


来自谷歌的Misko Hevery就这个话题发表了一些有趣的文章。。。

单身者是病态的骗子。有一个单元测试示例,说明了单身者如何难以找出依赖链并启动或测试应用程序。这是一个相当极端的虐待例子,但他提出的观点仍然有效:

单身者无非是全球国家。全局状态使您的对象可以秘密地获取未在其API中声明的内容,因此,Singleton会将您的API变成病态的骗子。

所有的Singleton都去哪儿了,这表明依赖注入使得向需要实例的构造函数提供实例变得容易,这减轻了第一篇文章中谴责的糟糕的全局Singleton背后的潜在需求。


它模糊了关注点的分离。

假设您有一个单例,您可以从类中的任何位置调用此实例。您的类不再像它应该的那样纯粹。您的类现在将不再对其成员及其显式接收的成员进行操作。这会造成混乱,因为类的用户不知道该类所需的足够信息是什么。封装的整个思想是向用户隐藏方法的方式,但如果在方法内部使用了单例,则必须知道单例的状态才能正确使用该方法。这是反OOP。


单例使用静态方法实现。静态方法是做单元测试的人所避免的,因为它们不能被嘲笑或拒绝。这个网站上的大多数人都是单元测试的支持者。避免这种情况的最普遍接受的惯例是使用控制模式反转。


一些代码势利者看不起他们,认为他们只是一个荣耀的全球人。就像许多人讨厌goto语句一样,也有其他人讨厌使用全局的想法。我见过几位开发人员为了避免全局性而竭尽全力,因为他们认为使用全局性是失败的承认。奇怪但真实。

在实践中,Singleton模式只是一种编程技术,它是概念工具包的有用部分。有时你可能会发现它是理想的解决方案,所以使用它。但使用它只是为了吹嘘使用设计模式,就像拒绝使用它一样愚蠢,因为它只是一个全球性的。


摘自Brian Button:

它们通常被用作全局实例,为什么如此糟糕?因为您将应用程序的依赖项隐藏在代码中,而不是通过接口公开它们。让一些东西全球化以避免传播是一种代码气味。他们违反了单一责任原则:因为他们控制自己的创作和生命周期。它们固有地导致代码紧密耦合。这使得在许多情况下,在测试中伪造它们相当困难。它们在应用程序的整个生命周期中携带状态。另一个对测试的打击,因为您可能会遇到一种需要订购测试的情况,这对于单元测试来说是一个很大的禁忌。为什么?因为每个单元测试都应该彼此独立。


当几个人(或团队)达成类似或相同的解决方案时,就会出现一种模式。许多人仍然使用原始形式的单件或使用工厂模板(Alexandrescu的《现代C++设计》中有很好的讨论)。并发性和管理对象生存期的困难是主要障碍,前者很容易按照您的建议进行管理。

和所有的选择一样,辛格尔顿也有其沉浮的部分。我认为它们可以适度使用,特别是对于在应用程序寿命期内仍然存在的对象。事实上,它们类似于(而且很可能是)全球性的,这可能引发了纯粹主义者。


单线图的一个相当糟糕的地方是,你不能很容易地扩展它们。如果你想改变他们的行为,你基本上必须构建某种装饰模式或类似的东西。此外,如果有一天你想用多种方式来做这一件事,那么改变可能会很痛苦,这取决于你如何布局代码。

需要注意的一点是,如果您确实使用了单体,请尝试将它们传递给需要它们的人,而不是让他们直接访问。。。否则,如果您选择使用多种方式来完成单例所做的事情,那么如果每个类都直接访问单例,那么很难进行更改,因为每个类都嵌入了一个依赖项。

所以基本上:

public MyConstructor(Singleton singleton) {
    this.singleton = singleton;
}

而不是:

public MyConstructor() {
    this.singleton = Singleton.getInstance();
}

我认为这种模式被称为依赖注入,通常被认为是一件好事。

就像任何模式一样。。。思考它,并考虑它在给定情况下的使用是否不合适。。。规则通常是被打破的,模式不应该随意应用。


当您使用单例(例如,记录器或数据库连接)编写代码时,然后发现您需要多个日志或多个数据库,您就遇到了麻烦。

单身者很难从他们身上转移到普通物体上。

此外,编写非线程安全的单例也太容易了。

您应该将所有需要的实用程序对象从一个函数传递到另一个函数,而不是使用单例。如果您将所有这些对象包装到一个辅助对象中,这可以简化,如下所示:

void some_class::some_function(parameters, service_provider& srv)
{
    srv.get<error_logger>().log("Hi there!");
    this->another_function(some_other_parameters, srv);
}

单身汉——反模式!马克·拉德福德(Mark Radford)的《过载杂志》(Overload Journal#57–2003年10月)很好地解释了为什么辛格尔顿被视为反模式。本文还讨论了替代Singleton的两种替代设计方法。


在我的头顶上:

它们加强了紧密耦合。如果您的单例驻留在与其用户不同的程序集上,那么如果没有包含单例的程序集,using程序集就永远无法运行。它们允许循环依赖,例如,程序集A可以有一个依赖于程序集B的单例,而程序集B可以使用程序集A的单例。所有这些都不会破坏编译器。


单例模式本身不是问题。问题是,这种模式经常被使用面向对象工具开发软件的人所使用,而没有对OO概念的扎实掌握。当在这个上下文中引入单例时,它们往往会成长为不可管理的类,这些类包含了每个小用途的帮助器方法。

从测试的角度来看,单身也是一个问题。它们往往使孤立的单元测试难以编写。控制反转(IoC)和依赖注入是旨在以面向对象的方式解决这个问题的模式,这有助于单元测试。

在垃圾收集环境中,单体很快就会成为内存管理的问题。

还有多线程场景,单线程可能成为瓶颈和同步问题。


我不打算评论善/恶的论点,但自从春天来临以来,我就没有使用过它们。使用依赖注入几乎消除了我对单例、服务定位器和工厂的需求。我发现这是一个更加高效和干净的环境,至少对于我所做的工作类型(基于Java的web应用程序)来说是如此。


太多人将非线程安全的对象放在单例模式中。尽管DataContext不是线程安全的,纯粹是一个工作单元对象,但我已经看到了DataContext(LINQ to SQL)以单例模式完成的示例。


Singleton是一种模式,可以像任何其他工具一样被使用或滥用。

单例的坏部分通常是用户(或者我应该说单例不适合用于它不适合做的事情)。最大的违规行为是使用单例作为假全局变量。


我认为这种混乱是因为人们不知道Singleton模式的真正应用。我再怎么强调也不为过。Singleton不是包装全局变量的模式。Singleton模式只应用于确保在运行时存在给定类的一个且只有一个实例。

人们认为辛格尔顿是邪恶的,因为他们在全球范围内使用它。正是因为这种困惑,辛格尔顿被人看不起。请不要混淆Singleton和globals。如果用于预期用途,您将从Singleton模式中获得极大的好处。


单身者解决了一个(而且只有一个)问题。

资源争夺。

如果你有一些资源

(1) 只能有一个实例,并且

(2) 您需要管理单个实例,

你需要一个单身汉。

例子不多。日志文件是最大的文件。您不想只放弃一个日志文件。您希望正确刷新、同步和关闭它。这是必须管理的单个共享资源的示例。

你很少需要单身汉。他们之所以不好,是因为他们觉得自己是一个全球性的人,而且他们是GoF设计模式书的全额付费成员。

当你认为你需要一个全局,你可能犯了一个可怕的设计错误。


Chris Reath最近在《无注释编码》杂志上发表的关于此主题的文章。

注意:无注释编码不再有效。但是,链接到的文章已被其他用户克隆。

Link


作者的一些对位词:

如果你将来需要让班级不再单身,你就会陷入困境一点也不——我当时使用的是一个数据库连接单例,我想将其转换为一个连接池。请记住,每个单例都是通过标准方法访问的:

我的类别实例

这类似于工厂方法的签名。我所做的只是更新实例方法以返回池中的下一个连接,无需进行其他更改。如果我们没有使用单例的话,那就更难了。

单身汉只是花式的全球明星这一点无可厚非,但所有静态字段和方法也是如此——从类而不是实例访问的任何东西本质上都是全局的,我看不出静态字段的使用有多大阻碍?

并不是说单身汉很好,只是反驳了这里的一些“传统智慧”。


单线态的问题是范围增加,因此耦合的问题。不可否认,在某些情况下,您确实需要访问单个实例,并且可以通过其他方式实现。

我现在更喜欢围绕控制反转(IoC)容器进行设计,并允许容器控制生命周期。这为依赖于实例的类提供了好处,使它们不知道存在单个实例的事实。将来可以更改单例的生存期。我最近遇到的一个例子是从单线程到多线程的简单调整。

FWIW,如果你尝试单元测试它时它是一个PIA,那么当你尝试调试、修复或增强它时,它就会变成PIA。


首先,一个类及其合作者应该首先实现其预期目的,而不是专注于依赖对象。生命周期管理(当实例被创建并且超出范围时)不应该是类责任的一部分。对此,公认的最佳实践是创建或配置一个新组件,以使用依赖注入来管理依赖关系。

通常,软件变得更加复杂,所以有多个状态不同的Singleton类的独立实例是有意义的。在这种情况下,提交代码来简单地抓取单例是错误的。使用Singleton.getInstance()可能适用于小型简单系统,但当需要同一类的不同实例时,它无法工作/扩展。

任何类都不应该被认为是一个单独的类,而应该是它的用法或如何使用它来配置依赖项的应用程序。对于快速而令人讨厌的应用程序来说,这并不重要——只是简单的硬编码表示文件路径不重要,但对于更大的应用程序,需要使用DI以更合适的方式分解和管理这些依赖关系。

单例在测试中引起的问题是其硬编码的单一用例/环境的症状。测试套件和许多测试都是单独的,并且是独立的,与单例硬编码不兼容。


这是我认为目前为止答案中缺少的:

如果每个进程地址空间需要一个此对象的实例(并且您尽可能确信此需求不会改变),那么应该将其设置为单例。

否则,它不是单例。

这是一个非常奇怪的要求,用户几乎不感兴趣。进程和地址空间隔离是一个实现细节。它们仅在用户希望使用kill或Task Manager停止应用程序时才会对用户产生影响。

除了构建一个缓存系统之外,没有太多的原因可以让您如此确信每个进程只应有一个实例。日志记录系统怎么样?对于每线程或更细粒度的消息可能更好,这样您可以更自动地跟踪消息的来源。应用程序的主窗口如何?这取决于;也许出于某种原因,您希望所有用户的文档都由同一进程管理,在这种情况下,该进程中会有多个“主窗口”。


Vince Huston有这些标准,在我看来很合理:

只有满足以下三个标准时,才应考虑Singleton:无法合理分配单个实例的所有权需要延迟初始化未提供全局访问如果单个实例的所有权、初始化发生的时间和方式以及全局访问都不是问题,那么Singleton就不够有趣了。


我想谈谈公认答案中的4点,希望有人能解释我为什么错了。

为什么在代码中隐藏依赖项不好?已经有几十个隐藏的依赖项(C运行时调用、OS API调用、全局函数调用),单例依赖项很容易找到(搜索instance())。“使某个东西全局化以避免传递它是一种代码气味。”为什么不传递某个东西以避免使其成为单例代码气味?如果您通过调用堆栈中的10个函数传递一个对象,只是为了避免一个单例,那么这样做好吗?单一责任原则:我认为这有点模糊,取决于你对责任的定义。一个相关的问题是,为什么将这个特定的“责任”添加到一个班级中很重要?为什么将一个对象传递给一个类比将该对象作为类内的单例使用更紧密地耦合?为什么会改变国家的持续时间?单例对象可以手动创建或销毁,因此控件仍然存在,您可以使其生存期与非单例对象的生存期相同。

关于单元测试:

并非所有的类都需要是单位已测试并非所有需要成为单元的类测试需要更改单例的实现如果它们确实需要进行单元测试确实需要改变实施方式,很容易从使用singleton来实现通过依赖项传递给它的singleton注射


还有一件关于单身汉的事,还没有人说过。

在大多数情况下,“singletony”是某个类的实现细节,而不是其接口的特征。控制容器的反转可能会对类用户隐藏此特性;您只需要将类标记为singleton(例如,在Java中使用@singleton注释),就可以了;IoCC将完成剩下的工作。您不需要提供对单例实例的全局访问,因为访问已经由IoCC管理。因此,IoC Singleton没有任何问题。

与IoC Singleton相反的GoF Singleton应该通过getInstance()方法在接口中暴露“singletony”,因此他们会受到上面所说的一切影响。


单身汉还不错。只有当你做了一些全球独一无二的东西而不是全球独一无二的时候,才是糟糕的。

然而,有“应用程序范围服务”(想想让组件交互的消息传递系统)-这是一个单例调用,一个“MessageQueue”-类,它有一个方法“SendMessage(…)”。

然后,您可以在各地执行以下操作:

MessageQueue.Current.SendMessage(新邮件到达消息(…));

当然,还要做到:

MessageQueue.Current.RegisterReceiver(this);

在实现IMessageReceiver的类中。


垄断是魔鬼,具有非只读/可变状态的单态是“真正的”问题。。。

在阅读了jason的回答中提到的单身汉是病态的骗子之后,我发现了这个小花絮,它提供了单身汉经常被滥用的最佳例子。

全局不好,因为:a.导致命名空间冲突b.它以不正当的方式暴露了国家说到单身汉a.调用它们的显式OO方式可以防止冲突,因此a点不是问题没有国家的单身汉(像工厂一样)不是问题。具有状态的单体可以分为两类,即不可变或一次写入多个(配置/属性文件)。这些都不错。可变单光子,这是一种参考持有者,就是你所说的那些。

在上一篇声明中,他指的是博客中的“单身汉是骗子”的概念。

这如何适用于垄断?

要开始垄断游戏,首先:

我们首先制定规则,这样每个人都在同一页上比赛一开始,每个人都有平等的开始为了避免混淆,只提供了一组规则规则在整个比赛中不允许改变

现在,对于那些没有真正发挥垄断作用的人来说,这些标准充其量是理想的。垄断的失败是很难接受的,因为垄断是关于金钱的,如果你输了,你就必须费力地看着其他玩家完成比赛,而损失通常是迅速而致命的。因此,规则通常会在某个时刻被扭曲,以牺牲其他玩家的利益为代价,为某些玩家的利益服务。

所以你在和朋友鲍勃、乔和艾德玩垄断游戏。你正在迅速建立你的帝国,并以指数级的速度消耗市场份额。你的对手正在削弱,你开始闻到血腥味(比喻)。你的好友Bob把所有的钱都投入了尽可能多的低价值财产,但他的投资回报率并没有达到预期的水平。鲍勃,由于运气不好,落在了你的木板路上,从此退出了比赛。

现在,游戏从友好的掷骰子变成了严肃的生意。鲍勃已经成为失败的榜样,乔和埃德不想像“那个家伙”那样结束。因此,作为主角,你突然成为敌人。乔和埃德开始练习幕后交易,幕后资金注入,被低估的换房,以及任何削弱你作为一名球员的事情,直到他们中的一人上升到最高。

然后,不是他们中的一个获胜,而是整个过程重新开始。突然间,一套有限的规则变成了一个移动的目标,游戏退化为一种社交互动,这将构成自《幸存者》以来每一部高收视率真人秀的基础。为什么,因为规则正在改变,而且对于它们应该代表什么/为什么/什么没有共识,更重要的是,没有一个人做出决定。在这一点上,游戏中的每一个玩家都在制定自己的规则,随后就会出现混乱,直到其中两个玩家太累了,无法继续玩游戏,并慢慢放弃。

因此,如果一个游戏的规则书准确地代表了一个单身者,那么垄断规则书就是一个滥用的例子。

这如何适用于编程?

除了可变单例存在的所有明显的线程安全和同步问题之外。。。如果您有一组数据,能够由多个不同的源同时读取/操作,并且在应用程序执行的整个生命周期内都存在,那么现在可能是退一步问“我在这里使用的数据结构类型正确吗”的好时机。

就我个人而言,我见过程序员滥用单例,将其用作应用程序中某种扭曲的跨线程数据库存储。在直接处理代码之后,我可以证明这是一个缓慢的过程(因为需要所有线程锁来保证它的线程安全),也是一个噩梦(因为同步错误的不可预测/间歇性),而且几乎不可能在“生产”条件下进行测试。当然,本可以使用轮询/信令来开发一个系统,以克服一些性能问题,但这并不能解决测试问题,当一个“真正的”数据库已经能够以更健壮/可扩展的方式完成相同的功能时,又何必麻烦呢。

只有当您需要单例提供的内容时,单例才是一个选项。写一个对象的只读实例。同样的规则也应该级联到对象的财产/成员。


从纯粹主义的观点来看,单身汉是不好的。

从实践的角度来看,单例是开发时间与复杂性的权衡。

如果你知道你的应用程序不会有太大的变化,那么它们很好用。只要知道,如果您的需求以意外的方式发生变化(在大多数情况下这是很正常的),您可能需要重构。

单体有时也会使单元测试复杂化。


这并不是说单体本身是坏的,而是GoF设计模式是坏的。唯一真正有效的论点是,GoF设计模型不适合测试,尤其是在并行运行测试的情况下。

只要在代码中应用以下方法,使用类的单个实例就是有效的构造:

确保将用作单例的类实现了一个接口。这允许使用相同的接口实现存根或模拟确保Singleton是线程安全的。这是给的。单例应该是简单的,而不是过于复杂。在应用程序的运行时,如果需要将单例传递给给定对象,请使用构建该对象的类工厂,并让类工厂将单例实例传递给需要它的类。在测试期间,为了确保确定性行为,将单例类创建为单独的实例,作为实际类本身或实现其行为的存根/模拟,并将其原样传递给需要它的类。不要使用在测试期间创建需要单例的被测对象的类因子,因为它将传递其单个全局实例,这违背了目的。

我们已经在我们的解决方案中使用了Singleton,并取得了巨大的成功,这些成功是可测试的,确保了并行测试运行流中的确定性行为。


单身者在集群方面也很糟糕。因为这样,您的应用程序中就不再有“恰好一个单例”了。

考虑以下情况:作为开发人员,您必须创建一个访问数据库的web应用程序。为了确保并发数据库调用不会相互冲突,您可以创建一个线程保存SingletonDao:

public class SingletonDao {
    // songleton's static variable and getInstance() method etc. omitted
    public void writeXYZ(...){
        synchronized(...){
            // some database writing operations...
        }
    }
}

因此,您可以确定应用程序中只存在一个singleton,并且所有数据库都通过这一个也是唯一的SingletonDao。您的生产环境现在如下所示:

到目前为止一切都很好。

现在,考虑您想在集群中设置web应用程序的多个实例。现在,你突然有了这样的想法:

这听起来很奇怪,但现在您的应用程序中有很多单例。这正是单例不应该是的:它有很多对象。如果您想对数据库进行同步调用,如本例所示,这尤其糟糕。

当然,这是单例用法错误的一个例子。但是这个例子的信息是:你不能相信你的应用程序中只有一个单例实例,特别是在集群方面。


我对单身汉如何糟糕的回答总是,“他们很难做对”。语言的许多基本组件都是单体(类、函数、名称空间甚至运算符),计算的其他方面(本地主机、默认路由、虚拟文件系统等)也是如此,这并非偶然。虽然它们会时不时地带来麻烦和挫折,但也能让很多事情变得更好。

我看到的两个最大的错误是:将其视为一个全球性的问题&未能定义Singleton闭包。

每个人都把辛格尔顿说成是全球性的,因为他们基本上是全球性的。然而,在一个全球性的世界中,很多(不幸的是,并非所有)糟糕的地方并不是来自于全球化,而是来自于你如何使用它。辛格尔顿也是如此。事实上,“单个实例”并不意味着“全局可访问”。它更多的是一种自然的副产品,而且考虑到我们所知道的所有负面影响,我们不应该急于利用全球可访问性。一旦程序员看到Singleton,他们似乎总是通过它的实例方法直接访问它。相反,您应该像导航任何其他对象一样导航到它。大多数代码甚至不应该意识到它正在处理Singleton(松耦合,对吗?)。如果只有一小部分代码像访问全局对象一样访问该对象,那么很多危害都会消除。我建议通过限制对实例函数的访问来实施它。

辛格尔顿的背景也非常重要。Singleton的定义特征是“只有一个”,但事实是它在某种上下文/名称空间中是“唯一的”。它们通常是以下之一:每个线程、进程、IP地址或集群一个,但也可以是每个处理器、机器、语言名称空间/类加载器/任何东西、子网、Internet等。

另一个不太常见的错误是忽视单身汉的生活方式。仅仅因为只有一个,并不意味着Singleton是某种无所不能的“一直都是,永远都会是”,也不是普遍可取的(没有开始和结束的对象违反了代码中所有有用的假设,只应在最绝望的情况下使用。

如果你避免了这些错误,辛格尔顿仍然可以成为一名医院,但它已经做好了准备,可以看到许多最严重的问题得到了显著的缓解。想象一个Java Singleton,它被明确定义为每个类加载器一次(这意味着它需要线程安全策略),具有定义的创建和销毁方法,以及指定何时和如何调用它们的生命周期,其“实例”方法具有包保护,因此通常可以通过其他非全局对象访问。仍然是潜在的麻烦来源,但麻烦肯定要少得多。

可悲的是,他们没有教好如何做单身汉的例子。我们教坏的例子,让程序员暂时不用它们,然后告诉他们它们是坏的设计模式。


如果你使用得当且最少,单身汉并不是邪恶的。还有很多其他好的设计模式可以在某一点上替代单例的需求(也可以提供最佳结果)。但是一些程序员不知道这些好模式,在所有情况下都使用单例模式,这使得单例模式对他们来说是有害的。


Singleton不是关于单个实例!

与其他答案不同,我不想谈论Singleton有什么问题,而是想告诉你,如果使用得当,它们是多么强大和可怕!

问题:在多线程环境中,Singleton可能是一个挑战解决方案:使用单线程引导过程来初始化单例的所有依赖项。问题:很难模仿单身汉。解决方案:使用工厂模式进行模拟


您可以将MyModel映射到继承它的TestMyModel类,每当注入MyModel时,您都会得到TestMyModel instread。-问题:单线程可能会导致内存泄漏,因为它们从未处理过。解决方案:好吧,把它们处理掉!在你的应用程序中实现回调以正确处理一个单件,你应该删除所有链接到它们的数据,最后:从工厂中删除它们。

正如我在标题中所说的,singleton不是关于单个实例的。

singleton提高了可读性:您可以查看您的类,看看它注入了什么样的singleton,以确定它的依赖项是什么。singleton改进了维护:一旦你从一个类中删除了一个依赖项,你就删除了一些单例注入,你就不需要去编辑其他类的一个大链接,这些类只是移动了你的依赖项(这是我的臭代码@Jim Burger)Singleton提高了内存和性能:当应用程序中发生了一些事情,并且需要很长的回调链才能传递时,您正在浪费内存和性能,通过使用Singleton,您正在削减中间人,并提高性能和内存使用率(通过避免不必要的局部变量分配)。