设计模式：单例模式(singleton)

Posted 2020-11-16 fancy-li

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了设计模式：单例模式(singleton)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

singleton模式属于创建型设计模式。其作用是在程序设计中，对于某一个类而言，全局只能存在一个实例对象。

下面以C++为例，对单例模式进行说明：

1. 最基本单例模式（单线程）

 1 class Singleton1{
 2     private:
 3         static Singleton1 instance;
 4         Singleton1(){}            //构造函数
 5     public:
 6         static Singleton1 get_instance(){
 7             if (Singleton1.instance==nullptr){   //若当前唯一实例为空，则创建新对象返回
 8                 instance=Singleton1();
 9             }
10             return instance;
11         } 
12 };

存在问题：在单线程下，只有instance == null 时，才会创建新对象，其余时间返回。但是对于多线程访问时，当两个或多个线程同时访问到instance==null，若判断成立，多个线程会分别实例化对象，这时程序就不满足单例条件了。

2.多线程的单例模式

针对上述问题，要在多线程中保证单例，就要进行线程同步控制，C++中使用mutex类族进行同步控制。

class Singleton2{
    private:
        static Singleton2 instance;
        static std::mutex mutex_var; 
        Singleton2(){}
    public:
        static Singleton2 get_instance(){
            mutex_var.lock();           //互斥量加锁进行线程同步
            if (instance==nullptr){
                instance=Singleton2();
            }
            mutex_var.unlock();         //互斥量解锁
            return instance;
        } 
};

存在问题：线程安全，但程序效率不高。注意，此前讨论的出现的不满足单例的情况只出现在首次实例化对象时，但现在的程序在每次通过ger_instance函数访问时，都会进行加解锁操作，，加锁操作是十分耗时的，从而导致程序效率变低。

3.多线程下高效的单例模式

解决方法：仅在第一次实例化的时候加锁，其他时刻不加锁，提高程序效率。

class Singleton3{
    private:
        static Singleton3 instance;
        static std::mutex mutex_var; 
        Singleton3(){}
    public:
        static Singleton3 get_instance(){
            if (instance==nullptr)         //外层多一次判断，如果单例已经存在，就不再进行加锁操作
            {
                mutex_var.lock();           //互斥量加锁进行线程同步
                if (instance==nullptr){
                    instance=Singleton3();
                }
                mutex_var.unlock();         //互斥量解锁
            }
            return instance;
        } 
};