[设计模式C++go]创建型模式：单例模式

Posted 2022-12-10 凌星An

文章目录

• 单例模式
• • 介绍
  • 类图
  • 代码实现
  • • C++
    • • 懒汉模式：
      • 饿汉模式
      • 两种模式的比较
    • go
    • • 饿汉模式
      • 懒汉模式
    • 场景
    • 优缺点
• 扩展(产生固定数量的对象)

单例模式

介绍

单例模式（Singleton Pattern）是最简单的设计模式之一。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。
其定义为：
Ensure a class has only one instance, and provide a global point of accessto it.（确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。）

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：
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。

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。
关键代码：构造函数是私有的。
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。

类图

代码实现

单例模式的代码实现，又分为了懒汉模式和饿汉模式；两者最主要的区别，在于单例对象的初始化时机，懒汉模式，是在需要只用的时候才会进行初始化；而饿汉模式，则一开始就会进行初始化

C++

懒汉模式：

#include<iostream>
#include<mutex>
using namespace std;
//单例类
class Singleton
private:
     Singleton()
 public:
//将获取单例对象的函数设置为static ,可以使用Singleton::GetInstance调用
  static Singleton* GetInstance()
  //保证线程安全和效率，使用了双重检验+锁的形式
  //当有多个线程的场景时，我们要完成初始化一个对象的任务时，必须使用锁
  /*    _mutex.lock();        
        if(_instance==nullptr)
          _instance=new Singleton;
        
        _mutex.unlock();
  */
  //上方的代码完全可以保证线程安全的需求，为什么还要加一层判断呢？
  //提高效率，当单例对象被初始化时，我们也需要判断一下，直接返回，不需要争夺互斥锁
      if(_instance==nullptr)
        _mutex.lock();        
        if(_instance==nullptr)
          _instance=new Singleton;
        
        _mutex.unlock();
      
      return _instance;
  
 private:
   static Singleton* _instance;
   static mutex _mutex;
;
Singleton* Singleton::_instance =nullptr;
mutex Singleton::_mutex;

饿汉模式

#include<iostream>
using namespace std;

class Singleton
private:
     Singleton()
  public:
    static Singleton* GetInstance()
          return _instance;
    
  private:
   static Singleton* _instance;
;

Singleton* Singleton::_instance=new Singleton;

两种模式的比较

	懒汉模式	饿汉模式
线程安全	线程不安全，需要加锁控制	线程安全
优点	第一次调用才初始化，避免内存浪费	没有加锁，执行效率会提高
缺点	必须加锁才能保证单例，但加锁会影响效率	类加载时就初始化，浪费内存

go

饿汉模式

package Singleton
//结构体，名称首个字母小写，仅能在本文件使用
type singleton struct

//接口，名称首字母大写，可以其他文件使用
type Singleton interface


var (
//初始化一个全局变量
   _instance *singleton=&singleton
)

func GetSingletonInstance()Singleton
     return _instance;

懒汉模式

package Singleton

import (
"sync"
"fmt"
)

type Singleton interface

type singleton struct


var (
     instance *singleton  
     once sync.Once        
)

func GetSingletonInstance() Singleton
    once.Do(func()
         instance=&singleton
         fmt.Println("create singleton")
    )
    return instance;

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。

优缺点

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。

扩展(产生固定数量的对象)

#include<iostream>
#include<vector>
#include<mutex>
using namespace std;


class Singleton
   private:
      Singleton()
      
   public:
      static Singleton* GetInstance()
           if(_instance.empty())
               _mutex.lock();
               if(_instance.empty())
                  for(int i=0;i<_instanceCount;i++)
                       Singleton* tmp=new Singleton;
                       _instance.push_back(tmp);
                   
               
               _mutex.unlock();
           
           //随机返回对象
           int number=rand()%_instanceCount;
           return _instance[number];
         
   private:
      //存放对象的容器
      static vector<Singleton*> _instance;
      //产生对象的个数
      static int _instanceCount;
      static mutex _mutex;
;
int Singleton::_instanceCount=2;
vector<Singleton*> Singleton::_instance;
mutex Singleton::_mutex;

int main()
   for(int i=0;i<10;i++)
        printf("%x\\n",Singleton::GetInstance());  
   
   return 0;

参考：菜鸟教程

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