Singleton — co to je, jediná instance třídy v iOS a Android

Co je Singleton: podstata vzoru singleton?

Singleton — vytvářecí vzor popsaný GoF (Gang of Four) v roce 1994. Vzor řeší dva úkoly: omezuje vytváření instance třídy na jeden objekt a poskytuje globální přístup k tomuto objektu. Singleton je užitečný pro zdroje, které musí být jedinečné: továrna na relace, mezipaměť obrázků, správce připojení k databázi, klient Crashlytics nebo Analytics.

Implementace Singleton vyžaduje soukromý konstruktor (zakazuje externí vytváření), statické pole s jedinou instancí a statickou přístupovou metodu (shared, instance, getInstance). Klienti volají Singleton.shared.method() bez starosti o vytváření objektu. Vzor je populární v iOS a Android: URLSession.shared, UserDefaults.standard, FirebaseApp.sharedInstance — všechno jsou to Singletony. Nadměrné používání Singleton však vede k anti-vzoru Global State.

Problémy Singleton — skryté závislosti (třídy implicitně závisí na objektu Singleton), obtížnost testování (instanci nelze v testu nahradit bez dalšího úsilí), porušení Single Responsibility Principle (Singleton spravuje jak svou instanci, tak obchodní logiku). Moderní mobilní vývoj preferuje DI (Dagger, Hilt, Swinject) pro správu jediných instancí — DI kontejner vytvoří objekt jednou a vloží ho přes konstruktor.

Singleton v iOS na Swift: shared a statické vlastnosti

Swift Singleton je implementován přes statickou vlastnost shared s privátním inicializátorem. Od Swift 3 je líná inicializace statických vlastností zaručeně vláknově bezpečná — kompilátor automaticky přidá synchronizaci přes dispatch_once. Stačí deklarovat static let shared = Class() a nastavit init() jako privátní. Swift nevyžaduje další synchronizaci pro jednovláknový přístup po inicializaci.

final class NetworkManager {
    // Thread-safe Singleton
    static let shared = NetworkManager()

    private init() {
        URLSessionConfiguration.default.timeoutIntervalForRequest = 30
    }

    private var cache = NSCache<NSString, NSData>()

    func fetchData(from url: URL) async throws -> Data {
        let key = url.absoluteString as NSString
        if let cached = cache.object(forKey: key) {
            return cached as Data
        }
        let (data, _) = try await URLSession.shared.data(from: url)
        cache.setObject(data as NSData, forKey: key)
        return data
    }
}

// Použití
let data = try await NetworkManager.shared.fetchData(from: url)

Apple Singleton — v iOS SDK mnoho objektů používá Singleton: UIApplication.shared, UIScreen.main, FileManager.default, NotificationCenter.default, UserDefaults.standard. Apple používá Singleton pro služby, které jsou fyzicky jedinečné (jedna obrazovka, jedna aplikace). Vývojáři kopírují tento vzor pro své služby. V SwiftUI je globální přístup k Singleton nahrazen Environment a @EnvironmentObject, což zlepšuje testovatelnost.

Singleton v Android na Kotlin: companion object a object

Kotlin Singleton — nejjednodušší způsob: klíčové slovo object deklaruje třídu-singleton s línou inicializací při prvním přístupu. Kotlin object je vláknově bezpečný a nevyžaduje další synchronizaci. Pokud je potřeba Singleton s parametry konstruktoru, použije se companion object s lazy delegátem. V Android je Singleton často nezbytný pro kontext Application a služby inicializované přes Application.onCreate().

// Varianta 1: object — jednoduchý Singleton bez parametrů
object AppPreferences {
    private val prefs = Application.instance
        .getSharedPreferences("app", Context.MODE_PRIVATE)

    var isFirstLaunch: Boolean
        get() = prefs.getBoolean("first_launch", true)
        set(value) = prefs.edit { putBoolean("first_launch", value) }
}

// Varianta 2: companion object — Singleton s parametry
class ApiClient private constructor(baseUrl: String) {
    companion object {
        @Volatile
        private var instance: ApiClient? = null

        fun getInstance(baseUrl: String): ApiClient {
            return instance ?: this.synchronized {
                instance ?: ApiClient(baseUrl).also { instance = it }
            }
        }
    }

    fun request(endpoint: String): String { /* ... */ }
}

Android SDK Singleton — mnoho systémových služeb Android implementuje Singleton: context.getSystemService(), Room.databaseBuilder(), Retrofit.Builder(). Příklady zahrnují SharedPreferences, MediaPlayer, AudioManager. V Android aplikacích se Singleton často používá pro repozitáře, správce a továrny. Google doporučuje nahradit Singleton DI (Hilt, Koin), kde je Singleton rozsah (Scope.Singleton nebo @Singleton) spravován kontejnerem a třída zůstává testovatelná.

Thread safety: dispatch_once, synchronized a lock

Thread safety — kritický požadavek pro Singleton ve vícevláknovém prostředí. Bez synchronizace mohou dvě vlákna současně zkontrolovat instance == null a vytvořit dvě instance. Řešení — uzamčení při prvním vytvoření a uvolnění po inicializaci. Ve Swift jsou statické vlastnosti (static let) standardně vláknově bezpečné. V Kotlin je object vláknově bezpečný. Pro Java styl v Kotlin se používá synchronized nebo @Volatile + double-check locking.

Double-checked locking — vzor pro línou inicializaci Singleton. První kontrola bez synchronizace (rychlá, pokud instance již existuje), druhá — uvnitř synchronized (vytvoření pouze jedním vláknem). @Volatile zaručuje viditelnost změn pro všechna vlákna. Bez volatile může jiné vlákno vidět částečně vytvořený objekt. V Kotlin lazy delegát s LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED automaticky implementuje double-checked locking.

Singleton vs Dependency Injection: kdy použít

Dependency Injection — alternativa k Singleton pro správu jediné instance. DI kontejner (Dagger, Hilt, Koin, Swinject) vytvoří objekt jednou v Singleton rozsahu a vloží ho přes konstruktor. Třída neví o svém Singleton statusu — to rozhoduje kontejner. Kód se stává testovatelným: v testu je DI modul nahrazen mock modulem. Výhody DI: explicitní závislosti v konstruktoru, možnost přepsání, jednotný životní cyklus.

Kdy je Singleton oprávněný — objekty systémové úrovně: Crashlytics, Analytics, Logging. Tyto služby jsou inicializovány jednou v AppDelegate/Application a používány všude. DI je pro ně nadbytečný. Singleton je také vhodný pro mezipaměti obrázků (NSCache, Coil, Glide), kde je globální přístup ospravedlněn výkonem. Pro všechno ostatní je DI preferovanější: činí závislosti viditelnými, zjednodušuje testování a refaktorování.

Hybridní přístup — Singleton s možností přepsání pro testy. Ve Swift se používá protokol + statická vlastnost, kterou může test nahradit (např. přes URLProtocol pro URLSession). V Kotlin — otevřená třída s injectable vlastností, kde test nastaví mock přes reflexi nebo setter. Tento přístup zachovává jednoduchost Singleton, ale poskytuje nástroje pro testování. Google doporučuje Hilt pro Android, Apple nevnucuje DI pro iOS — volba závisí na týmu.