Contents
  1. 1. 单例模式
  2. 2. 常用的场景
  3. 3. 优点
  4. 4. 缺点
  5. 5. C++实现代码

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单例模式

单例模式,可以说设计模式中最常应用的一种模式了,据说也是面试官最喜欢的题目。但是如果没有学过设计模式的人,可能不会想到要去应用单例模式,面对单例模式适用的情况,可能会优先考虑使用全局或者静态变量的方式,这样比较简单,也是没学过设计模式的人所能想到的最简单的方式了。

一般情况下,我们建立的一些类是属于工具性质的,基本不用存储太多的跟自身有关的数据,在这种情况下,每次都去new一个对象,即增加了开销,也使得代码更加臃肿。其实,我们只需要一个实例对象就可以。如果采用全局或者静态变量的方式,会影响封装性,难以保证别的代码不会对全局变量造成影响。

考虑到这些需要,我们将默认的构造函数声明为私有的,这样就不会被外部所new了,甚至可以将析构函数也声明为私有的,这样就只有自己能够删除自己了。在Java和C#这样纯的面向对象的语言中,单例模式非常好实现,直接就可以在静态区初始化instance,然后通过getInstance返回,这种就被称为饿汉式单例类。也有些写法是在getInstance中new instance然后返回,这种就被称为懒汉式单例类,但这涉及到第一次getInstance的一个判断问题。

下面的代码只是表示一下,跟具体哪种语言没有关系。

单线程中:

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Singleton* getInstance()
{
if (instance == NULL)
instance = new Singleton();
return instance;
}



这样就可以了,保证只取得了一个实例。但是在多线程的环境下却不行了,因为很可能两个线程同时运行到if (instance == NULL)这一句,导致可能会产生两个实例。于是就要在代码中加锁。

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Singleton* getInstance()
{
lock();
if (instance == NULL)
{
instance = new Singleton();
}
unlock();
return instance;
}



但这样写的话,会稍稍映像性能,因为每次判断是否为空都需要被锁定,如果有很多线程的话,就爱会造成大量线程的阻塞。于是大神们又想出了双重锁定。

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Singleton* getInstance()
{
if (instance == NULL)
{
lock();
if (instance == NULL)
{
instance = new Singleton();
}
unlock();
}
return instance;
}



这样只够极低的几率下,通过越过了if (instance == NULL)的线程才会有进入锁定临界区的可能性,这种几率还是比较低的,不会阻塞太多的线程,但为了防止一个线程进入临界区创建实例,另外的线程也进去临界区创建实例,又加上了一道防御if (instance == NULL),这样就确保不会重复创建了。

常用的场景

单例模式常常与工厂模式结合使用,因为工厂只需要创建产品实例就可以了,在多线程的环境下也不会造成任何的冲突,因此只需要一个工厂实例就可以了。

优点

  1. 减少了时间和空间的开销(new实例的开销)。
  2. 提高了封装性,使得外部不易改动实例。


缺点

  1. 懒汉式是以时间换空间的方式。
  2. 饿汉式是以空间换时间的方式。


C++实现代码

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//Singleton.h
#ifndef _SINGLETON_H_
#define _SINGLETON_H_
class Singleton{
public:
static Singleton* getInstance();
private:
Singleton();
//把复制构造函数和=操作符也设为私有,防止被复制
Singleton(const Singleton&);
Singleton& operator=(const Singleton&);
static Singleton* instance;
};
#endif
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//Singleton.cpp
#include "Singleton.h"
Singleton::Singleton(){
}
Singleton::Singleton(const Singleton&){
}
Singleton& Singleton::operator=(const Singleton&){
}
//在此处初始化
Singleton* Singleton::instance = new Singleton();
Singleton* Singleton::getInstance(){
return instance;
}
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//main.cpp
#include "Singleton.h"
#include <stdio.h>
int main(){
Singleton* singleton1 = Singleton::getInstance();
Singleton* singleton2 = Singleton::getInstance();
if (singleton1 == singleton2)
fprintf(stderr,"singleton1 = singleton2\n");
return 0;
}
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  2. 2. 常用的场景
  3. 3. 优点
  4. 4. 缺点
  5. 5. C++实现代码