关于多态实现Singleton模式的探讨

题记:我本人也不是很喜欢这个解决办法,但有人问起,并且资料中没有发现其他类
似解法,所以整理成文,供大家参考讨论.

关于多态实现Singleton模式的探讨

--smilemac

Singleton模式虽然简单，但却是被讨论最多的一个模式，为什么呢？并不是概念问题，而是算法问题。具体说就是singleton对象生命期和作用域的管理算法问题，在不同的场景下会有不同的需要，而结构设计的意义在于将可能发生变化的部分彼此隔离开来，使他们能够独立的在各自的轴上发生改变，减少彼此的耦合，所以将一个可能发生争论的算法隔离于具体的应用环境是有意义的。

如何实现Singleton模式的可重用性呢,即如果有若干个类都需要实现Singleton,那么
如何才能避免每一个类都必须拥有一个独立的Singleton算法的拷贝呢?能否所有
类共用一个拷贝,这样,如果需要改算法只改一处就可以了.更进一步,能否在不同的
项目中重用这个算法呢?

在C++中,大师Andrei Alexandrescu已给出非常好的解决办法, 但是在一个不支持
模板的语言中,如何只使用一些基本技术,如类的封装和运行期多态技术,来实现可
重用的Singleton模式呢? 本文试图给出一种下面这段代码所示的解决办法.

[
这段代码用伪java写成:],由于笔者对于java非常不熟,所以只好是伪java,请读者
海涵. 感谢网友henry_zhou提出的问题,使我有机会思考. 这种解决办法也可能不
对,所以请大家指出以一起探讨正确的答案.如转载讨论,也请注明出处.

同时由于笔者对java的泛型支持程度不太了解,因此不排除java里有更好的解决方
案.本文仅假设语言可提供的支持只是最基本的面向对象特征.
]

//package1;
class Singleton
{
protected Singleton _instance;
public Singleton(Singleton _inst)
{
_instance = _inst;
}
public virtual Singleton getInstance()
{
if (_instance.get() == null)
_instance.create();
return _instance.get();
}
protected virtual Singleton get()
{
//error handler code;
}
protected virtual void create()
{
//error handler code;
}
}

class SingletonThreadSafe : public Singleton
{
public SingletonThreadSafe(Singleton _inst);
public virtual synchronized Singleton getInstance()
{
if (_instance.get() == null)
_instance.create();
return _instance.get();
}
}

//package2
class MyBaseClass : public Singleton
{
protected MySubClassXXX();
......
}

class Instance_base : public Singleton
{
private static MyBaseClass _instance;
public Instance_base(){};
protected virtual MyBaseClass get()
{
return _instance;
}
protected virtual void create()
{
if (_instance == null)
_instance = new MyBaseClass;
}

}

//package3;
class MySubClassXXX : public MySubClass
{
protected MySubClassXXX();
......
}

class Instance_XXX : public Instance_base
{
private static MySubClassXXX _instance;
public Instance_base(){};
protected virtual MySubClassXXX get()
{
return _instance;
}
protected virtual void create()
{
if (_instance == null)
_instance = new MySubClassXXX;
}
}

//client e.g.,;
Singleton singGen = new SingletonThreadSafe(new Instance_XXX());
MySubClassXXX myObj = down_cast(singGen.getInstance());

这段代码利用了所谓class-oriented语言的一个特点:同一个类的对象可以相互访
问彼此的内部成员,即访问控制是在类一级,而非对象一级.而在java中,访问控制则
是放宽到同一个package.这样,我们就可以将get和create这些可能使singleton崩
溃的函数设计为protected.

对于每一个用户子类,都需要实现它的instance类,这其实是一个instance
holder.在大多数的Singleton的实现代码中,instance holder是与用户类合在一
起的.在这里,如果用户子类可以以低成本来创建一个安全的对象,所谓安全,是指创
建不会影响singleton实例对象,而所谓低成本,是指初始化的代价可以接受,如果
这些条件都满足,那么也可以将instance holder并入用户类中,使用时用特定的构
造函数创建一个哑元来代替new Instance_XXX().但分开可能更具一般意义.

这样,Singleton和SingletonThreadSafe都是可重用的,并且这棵继承树可以自行扩展. 提供不同scope下的Singleton, 如thread scope singleton(在使用多线程的并发服务器中用），process scope singleton, system scope singleton, DCE scope singleton等等，或基于其他考虑的，如特定机器，效率等因素的singleton。

从本文中也可看到,Singleton模式的关键在必须有instance holder. 所以其他如
getInstance()函数是否静态,则不是必须(这是不少网友对singleton模式的误解
).一旦理解这一点,其实剩下的就比较容易了.但这种方法有一个不足之处,就是必
须使用难看的downcast.

最后补充说一下,不少人理解的可重用性就是copy/paste,或者需要少量
refactory的重用,而真正理想的可重用性是非侵入性的.本文试图给出的也是这样
一个方案.