Опишите паттерн проектирования Singleton и его назначение

Singleton (Одиночка) — это порождающий паттерн проектирования, который гарантирует, что у класса будет только один экземпляр, и предоставляет к нему глобальную точку доступа.

Основная цель — контролировать создание объектов, ограничивая их количество одним экземпляром. Это полезно для ресурсов, которые по своей природе должны быть уникальными, например, пул соединений с базой данных, логгер или конфигурация приложения.

Ключевые элементы реализации:

1. Приватный конструктор: Запрещает прямое создание экземпляров класса с помощью оператора new (или его аналога).
2. Статическая переменная: Хранит единственный экземпляр класса.
3. Статический публичный метод: Возвращает этот экземпляр. При первом вызове он создает объект, при последующих — возвращает уже существующий.

Пример на Python (потокобезопасный):

import threading

class Singleton:
    _instance = None
    _lock = threading.Lock()

    def __new__(cls):
        # Используем блокировку для обеспечения потокобезопасности
        # при создании экземпляра в многопоточной среде.
        with cls._lock:
            if cls._instance is None:
                cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance

# Проверка
s1 = Singleton()
s2 = Singleton()

print(f"s1 is s2: {s1 is s2}") # Вывод: s1 is s2: True

Преимущества:

• Гарантирует наличие единственного экземпляра.
• Предоставляет глобальную точку доступа.

Недостатки:

• Нарушает принцип единственной ответственности (SRP): Класс начинает отвечать не только за свою основную логику, но и за контроль количества экземпляров.
• Маскирует плохой дизайн: Глобальное состояние затрудняет тестирование и понимание зависимостей между компонентами.
• Проблемы в многопоточной среде: Требует дополнительной синхронизации для обеспечения потокобезопасности.