تجنب الأخطاء المشتركة عند التنفيذ "سينغلتون باترن" في "متعددة الخيوط" التطبيقات الهندسية

مقدمة: دورية " سينغلتون " في التطبيقات الهندسية المتعددة القراء

ونموذج " سينغلتون " هو أحد أكثر أنماط التصميم الإبداعي استخداماً في هندسة البرمجيات، وهو يكفل أن يكون للفئة حالة واحدة فقط، ويوفر نقطة عالمية للوصول إلى هذه الحالة، وفي التطبيقات ذات المقياس الواحد، يكون تنفيذ نظام واحد مصمماً بشكل مباشر: جعل البناء خاص، ويوفر طريقة ثابتة تعيد حالة واحدة تنشأ بطريقة متلهفة أو محفوفة بالغرض، غير أن نظم الخلق الحقيقية تُوزع على نحو غير مقل.

وتبحث هذه المادة أكثر الأخطاء شيوعاً التي يرتكبها المطورون عند تنفيذ نمط العنق في البيئات المتعددة القراء، وتشرح الأسباب الكامنة، وتوفر مجموعة شاملة من أفضل الممارسات والأنماط لتجنبها، كما تتضمن أمثلة عملية على الرموز في جافا، مع الإشارة إلى أنماط مماثلة في الفئة " جيم++ " و " جيم " ، وتوصي بتوفير موارد خارجية لمزيد من القراءة.

حالات الاختراق المشتركة في تنفيذ ولاية سينغلتون

وحتى المطورين ذوي الخبرة يمكن أن يقعوا في فخ عند تنفيذ الأغلفة في النظم المتزامنة، ويُذكر أن الأخطاء الأكثر تواترا، وكل منها مع شرح سبب خطورة هذه الأخطاء.

1- عدم جعل المؤسسة الخاصة

إن أساس أي من هذه الأجهزة هو بناء خاص يمنع الانذار الخارجي، وإذا كان المبني متاحاً (عام أو محمية أو حزمة خاصة)، فإن أي خيط يمكن أن يخلق حالة جديدة، ويكسر عقد العازب، وفي القانون المتعدد الطبقات، يمكن أن يحدث ذلك دون قصد عندما يعاد تشكيل طبقة ما، ويتغير السلوك الحسن في البناء، أو عندما يثبط الصف بشكل عام (رغم أنه لا يمكن أن يكون له أثر).

2 - عدم معالجة السلامة

في بيئة واحدة مُرتَبة، تُصبحُ عمليةَ إنطلاق كسولة بسيطة جيدة:

public class Singleton {
 private static Singleton instance;
 private Singleton() {}
 public static Singleton getInstance() {
 if (instance == null) {
 instance = new Singleton();
 }
 return instance;
 }
}

ولكن في تطبيق متعدد الطبقات يمكن أن يدخل في نفس الوقت خيوطان أو أكثر التحقق قبل أن يؤدي أي خيط إلى خلق الحالة، ويبدأ كل خيط من هذه الخيوط في إنشاء جسمه ، وهو ما يشكل انتهاكاً للنمط، وهذا شرط تقليدي ، يؤدي إلى حالات متعددة أو إلى تسرب موارد غير متسقة.

3 - استخدام التمهيد الكسول دون التواؤم السليم

وحتى المطورين الذين يدركون الحاجة إلى السلامة الخيط كثيرا ما يضيفون تزامنا ساذجا، على سبيل المثال، يعمل أسلوب بكامله، ولكن يستحدث قفزة في الأداء:

public static synchronized Singleton getInstance() { ... }

ويكتسب كل نداء إلى ] ويطلق القفل، حتى بعد إنشاء الحالة بالفعل، وفي سيناريوهات الارتداد، يمكن أن يؤدي هذا النفق إلى تدني شديد في الناتج، ويتمثل النهج الأفضل في استخدام قفل مدوَّن [مناقشة أدناه]، بل حتى هذا النمط قد تعثر إذا لم ينفذ تنفيذاً صحيحاً.

4 - الترجيح المفرط

ويأتي التتزامن بأشكال عديدة: ] methods, ] blocks, , , and so forth.[- Over-synchronization-applying coarse-grained locks when fine-grained control is available —leads to unnecessary hundred section strict aims.g In some engineering goal (e).

5. Ignoring the volatile Keyword

In languages like Java, C#, and C+ (with ), the ]volatile keyword (or equivalent) is essential for correct visibility in multi-threaded code. Without it, the compilationr or CPU may reorder instructions, and changes made by one threadton may not be visible to another object.

أفضل الممارسات لتنفيذ نظام " ترايد سايف سينغلتون "

وتجنبا لهذه المجازف، اتبع هذه الاستراتيجيات المثبتة، ويعالج كل نهج السلامة والأداء والساطة.

المؤسسـة الخاصـة والمـؤازرة

وبغض النظر عن استراتيجية الاستهلالية، يجب أن يكون المبني خاصاً، وينبغي تخزين حالة واحدة في حقل ثابت، ولا تعرض البناء بأي شكل من الأشكال، والنظر في جعل الصف [(]) في جافا (أو في C#) لمنع التصنيف الفرعي.

استخدموا القفل المتزامن فقط عندما يكون ضرورياً

بالنسبة للتكسير الحاد، فإن نمط القفل المزدوج المدقق يقلل من النفقة المتزامنة:

public class Singleton {
 private static volatile Singleton instance;

 private Singleton() {}

 public static Singleton getInstance() {
 Singleton result = instance; // Local variable for performance
 if (result == null) {
 synchronized (Singleton.class) {
 result = instance;
 if (result == null) {
 instance = result = new Singleton();
 }
 }
 }
 return result;
 }
}

وفي هذا الرمز، يتفادى الشيك خارج المبنى المتزامن القفل العام عندما توجد الحالة بالفعل، ويكفل الفحص الداخلي أن يكون هناك خيط واحد فقط من هذه الحالة، وأن [يمنع] [يعمل النظام CLT] تغيير التعليم ويكفل أن تكون المهمة واضحة تماماً لنموذج آخر(ب) مع وجود نمط أداء مناسب.

Eager Initialization

إذا كانت العازبة مطلوبة دائماً والخلق رخيص، فإن التوليد المائي هو أبسط نهج للسلامة على الخيوط:

public class Singleton {
 private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

 private Singleton() {}

 public static Singleton getInstance() {
 return INSTANCE;
 }
}

ويتزامن تحميل الرتبة في جوهره مع الآلية المشتركة لرصد الحدود، ولذلك لا يلزم تنسيق إضافي، غير أن ذلك يخلق حالة في وقت تحميل الفئات، التي قد تكون غير مرغوب فيها في النظم التي تخضع لقيد الموارد أو عندما يعتمد العازب على تشكيلة غير متوافرة بعد.

دورية الحائز الثابتة (البدء في الطلب)

ويجمع هذا النمط بين الاستبدالية الكسولة والسلامة من الخيوط دون التزامن الصريح:

public class Singleton {
 private Singleton() {}

 private static class Holder {
 static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
 }

 public static Singleton getInstance() {
 return Holder.INSTANCE;
 }
}

ولا يُحمَّل صف إلا عندما يُدعى لأول مرة ، ويكفل نظام الرصد المشترك النشر الآمن للميدان الثابت أثناء تحميل الصفوف، ويُعتبر هذا الحل الأكثر انصافاً لـ Java singletons.

Enum-Based sington (Java)

Joshua Bloch’s Effective Java] recommends using an enum:

public enum Singleton {
 INSTANCE;

 // methods and fields
}

وتُعدّ هذه الأرقام ضمنياً ، وتضمن لغة الجاز أن الحالات الغامضة لا تنشأ إلا مرة واحدة، حتى في ظل الهجمات التسلسلية أو التفكيرية، وهذا أمر مُشفر ومختصر، غير أن الأنهار لا يمكنها توسيع نطاق الفصول (فقط تنفيذ الوصلات البينية)، وبالتالي فهي غير مناسبة لجميع الحالات المستخدمة.

أنماط معادلة في C++ و C#

In C++, the Meyer’s sington (local static initialization) is thread-safe since C+11:

Singleton& getInstance() {
 static Singleton instance;
 return instance;
}

In C#, the class provides a built-in thread-safe lazy initialization:

public class Singleton {
 private static readonly Lazy<Singleton> _lazy =
 new Lazy<Singleton>(() => new Singleton());

 public static Singleton Instance => _lazy.Value;
}

الاختبارات والنظر في التطبيقات الهندسية

وفي التطبيقات الهندسية، كثيرا ما يدير نمط العازبات موارد مشتركة مثل سائقي المعدات، أو أماكن التشكيل، أو مجمعات الخيوط، أو خدمات قطع الأشجار، ويستلزم اختبار هذه الأزلاء في الاختبارات المتعددة الطبقات تصميما دقيقا.

خاتمة

ولا يزال نمط " سينغلتون " أداة قيمة في مجموعة أدوات مهندس البرمجيات، ولكن تنفيذه في البيئات المتعددة المستويات يتطلب اهتماماً دقيقاً بالتفاصيل، إذ يتيح فهم وتجنب الأخطاء المشتركة - مثل البنايات غير الخاصة، والتزامن المفقودة، والاستخدام غير السليم، والمتخلفين عن البرمجيات - المتخلفين عن البرمجيات - المزودين بصيغتين قوية وشديدة الأداء(ب)

وللحصول على مزيد من الدراسة، يرجى الرجوع إلى الموارد التالية:

وفي نهاية المطاف، فإن أفضل تنفيذ منفرد هو التنفيذ الأبسط لاحتياجاتكم، وعندما يكون الشك في ذلك، يفضل الاستهلال المبتذل أو نمط الحائز الثابت، ويكتب دائما اختبارات الوحدة المتزامنة للتحقق من صحة المنازعة تحت الخلاف.