论“单例模式”三种语言（PHPGolangJava）对比及使用

Posted 2021-06-27 handler-刘

单例模式（Singleton Pattern）

这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意：

• 1、单例类只能有一个实例。
• 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
• 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

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介绍

意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。

如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码：构造函数是私有的。

应用实例：

• 1、一个班级只有一个班主任。
• 2、Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
• 3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

优点：

• 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。
• 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景：

• 1、要求生产唯一序列号。
• 2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
• 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、php单例模式 （三私一公）

“三私一公”：私有化 静态属性，私有化 构造方法，私有化 克隆方法，公有化 静态方法。

class DB {

    // 私有构造方法，防止在类的外部实例化
    private function __construct() {
        # code...
    }

    // 私有静态属性，存放该类的实例
    private static $instance = null;
 
    // 公共的静态方法，实例化该类本身，只实例化一次
    public static function getInstance() 
    {
        if (!self::$instance instanceof self) {
 
           self::$instance = new self;
        }
        return self::$instance;
 
    }

    //私有克隆方法，防止克隆
    private function __clone(){
        # code...
    }

}

二、Golang单例模式

1.懒汉方式 

缺点：非线程安全。当正在创建时，有线程来访问此时ins = nil就会再创建，单例类就会有多个实例了

代码如下（示例）：

type singleton struct{}
var ins *singleton
func GetIns() *singleton{
    if ins == nil {
    　　ins = &singleton{}
    }
    return ins
}

2.饿汉方式

缺点：如果singleton创建初始化比较复杂耗时时，加载时间会延长。

代码如下（示例）：

 type singleton struct{}
 var ins *singleton = &singleton{}
 func GetIns() *singleton{
     return ins
 }

3.懒汉加锁

缺点：虽然解决并发的问题，但每次加锁是要付出代价的

代码如下（示例）：

type singleton struct{}
var ins *singleton
var mu sync.Mutex
func GetIns() *singleton{
    mu.Lock()
    defer mu.Unlock()
 
    if ins == nil {
    　　ins = &singleton{}
    }
    return ins
}

 3.1、懒汉初始加锁

避免了每次加锁，提高代码效率

代码如下（示例）：

type singleton struct{}
var ins *singleton
var mu sync.Mutex
func GetIns() *singleton{
    mu.Lock()
    defer mu.Unlock()
 
    if ins == nil {
    　　ins = &singleton{}
    }
    return ins
}

 4、sync.Once实现

避免了每次加锁，提高代码效率

代码如下（示例）：

type singleton struct{}
var ins *singleton
var once sync.Once
func GetIns() *singleton {
    // once.DO启动后只会执行一次
    once.Do(func(){
        ins = &singleton{}
    })
    return ins
}

//-----------------------------------------------------------------------------------
//-----------------------------------------------------------------------------------
package main

import (
	"sync"
	"fmt"
)

type singleton map[string]string

var (
	once sync.Once
	instance singleton
)

func New() singleton {
	once.Do(func() {
		instance = make(singleton)
	})
	return instance
}

func main() {
	s := New()
	s["test1"] ="AA"
	fmt.Println(s)

	s1 := New()   	//没有重新初始化
	s1["test2"] = "BB"
	fmt.Println(s1)
}

打印结果：
map[test1:AA]
map[test1:AA test2:BB]

三、Java单例模式

1、懒汉方式

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：否

实现难度：易

描述：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

缺点：非线程安全。当正在创建时，有线程来访问此时ins = nil就会再创建，单例类就会有多个实例了

代码如下（示例）：

public class Singleton {  

    //创建 Singleton 的一个对象
    private static Singleton instance;  

    //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
    private Singleton (){}  
  
     //获取唯一可用的对象
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

2、懒汉式，线程安全

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

实现难度：易

描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

public class Singleton {  

    //创建 Singleton 的一个对象
    private static Singleton instance;  

    //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
    private Singleton (){}  
  
     //获取唯一可用的对象
    public static synchronized Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

3、饿汉式

是否 Lazy 初始化：否

是否多线程安全：是

实现难度：易

描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

public class Singleton {  

    //创建 Singleton 的一个对象
    private static Singleton instance  = new Singleton();  

    //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
    private Singleton (){}  
  
     //获取唯一可用的对象
    public static Singleton getInstance() {  
        return instance;  
    }  
}

4、双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

JDK 版本：JDK1.5 起

是否 Lazy 初始化：是

是否多线程安全：是

实现难度：较复杂

描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。 getInstance() 的性能对应用程序很关键。

public class Singleton {  

    //创建 Singleton 的一个对象
    private volatile static Singleton instance;  

    //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
    private Singleton (){}  
  
     //获取唯一可用的对象
    public static Singleton getInstance() {  
         if (singleton == null) {  
            synchronized (Singleton.class) {  
                if (singleton == null) {  
                    singleton = new Singleton();  
                }  
            }  
        }  
        return singleton;
    }  
}

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参考链接：

https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html

https://blog.csdn.net/u013755520/article/details/106223167

https://blog.csdn.net/weixin_42366378/article/details/106010511   [channel-应用]

https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html