设计模式单例模式

Posted 2020-10-26 ll_1997_ll

1.单例模式（Singleton）：由于某种需要，要保证一个类在程序的生命周期中只有一个实例，并提供一个该实例的全局访问方法。

2.单例模式（Singleton）结构图：

Singleton类，定义了一个GetInstance操作，允许客户访问他的唯一实例，

                      GetInstance是一个静态方法，主要负责创建自己的唯一实例

3.特点：

   （1）一个类只能有一个实例

    （2）该类可以自行创建这个实例

    （3）该类能向整个系统返回这个实例

 

4.单例模式一般包含三个要素：

   （1）私有的静态的实例对象  private static instance

    （2）私有的构造函数 （保证在该类外部无法通过new方法创建实例对象） private Singleton(){}

    （3）公有的静态的访问该实例的方法  public static Singleton GetInstance(){} 

 

5.单例模式的实现

    （1）懒汉式（在使用时才实例化）

 

 1 class Singleton  
 2 {  
 3 public:  
 4     static Singleton &GetInstance()//最好返回引用，防止用户不小心删除指针  
 5     {  
 6         if(instance == NULL)  
 7             instance = new Singleton();  
 8         return *instance;  
 9     }  
10 private:  
11     Singleton(){}  
12     ~Singleton();  
13     Singleton(const Singleton&);  
14     Singleton &operator = (const Singleton&);//赋值和拷贝构造要声明为私有  
15     static Singleton *instance;  
16 };  
17 Singleton* Singleton::instance=NULL;//静态的数据成员必须要在类外初始化  

  这种实现方法没有考虑多线程安全的情况，在多线程的程序中，如果有多个线程同时访问Singleton类，调用GetInstance()方法，就有可能创建出多个实例。

   

（2）基于懒加载的线程安全（一）使用互斥锁

 1 class Singleton  
 2 {  
 3 public:  
 4     static Singleton &GetInstance()  
 5     {  
 6         Lock();  
 7         if(instance == NULL)  
 8         {  
 9             instance = new Singleton();  
10         }  
11         Unlock();  
12         return *instance;  
13     }  
14 private:  
15     Singleton(){}  
16     ~Singleton();  
17     Singleton(const Singleton&);  
18     Singleton &operator = (const Singleton&);  
19     static Singleton *instance;  
20 };  
21 Singleton* Singleton::instance=NULL;  

 Lock是用来确保当一个线程位于代码的临界区时，另一个线程不能进入临界区。这样就确保了在多线程环境下，有多个线程同时访问时只有一个线程可以进入加锁的部分，保证只创建一个实例。但是加锁这个动作会不停地在用户态和内核态之间切换，极端情况如只有单线程，这个加锁的动作会严重的拖慢效率。

 

  （3）基于懒加载的线程安全（二）

 

 1 class Singleton  
 2 {  
 3 public:  
 4     static Singleton &GetInstance()  
 5     {  
 6         if(instance == NULL)  
 7         {  
 8             Lock();  
 9             if(instance == NULL)  
10             {  
11                 instance = new Singleton();  
12             }  
13             Unlock();             
14         }  
15         return *instance;  
16     }  
17 private:  
18     Singleton(){}  
19     ~Singleton();  
20     Singleton(const Singleton&);  
21     Singleton &operator = (const Singleton&);  
22     static Singleton *instance;  
23 };  
24 Singleton* Singleton::instance=NULL;  

  为了解决上一版本每次调用GetInstance方法是都要lock的问题，这次使用了双重if判断条件，先判断实例是否存在，如果不存在，再进行加锁。

 

（4）饥汉式

 

 1 class Singleton  
 2 {  
 3 public:  
 4     static Singleton &GetInstance()  
 5     {  
 6         return instance;  
 7     }  
 8 private:  
 9     Singleton(){}  
10     ~Singleton();  
11     Singleton(const Singleton&);  
12     Singleton &operator = (const Singleton&);  
13     static Singleton instance;  
14 };  
15 Singleton Singleton::instance;  

在饥汉模式下，单例类在定义时就创建了对象，对类进行了初始化，之后再有线程调用GetInstance()函数时，都返回的是同一个对象的指针，所以饥汉式是线程安全的。

但是函数外的static对象在不同编译单元中的初始化顺序是未定义的，两个单例交互就可能出现问题。