单例模式 (Singleton Pattern)

2024-02-01 19:39:04

是什么，有什么用

一个类需要保证全局最多同时存在一个实例

有些东西需要保证全局只有一个，例如线程池、缓存、对话框。。。

要点

两种方法

懒汉式
- 等到第一次实用的时候才实例化第一个实例
饿汉式
- 加载类的时候就实例化第一个实例，之后都是调用
- 缺点 - 没用到该类的时候就会占用系统资源（花时间实例化，占用系统空间），如果占用空间不大或者业务不在乎系统资源的话，可以使用
- 优点 - 无线程安全问题

线程安全问题（仅针对懒汉式

实例化的时候，如果是多线程环境可能存在实例化多次的情况。

java可以通过 synchronized 或者双重检验锁的方法来解决

内存安全

防止内存泄漏

CPP实现

实现单例模式，需要

一个类静态变量，代表现在的状态，即现在是否存在单例
把构造函数放入private中，防止外部胡乱调用
public中加入getInstance函数，以获取单例
- 如果没实例，实例化一个
- 返回唯一的实例

懒汉式（线程不安全）

线程安全问题
内存泄漏问题

// code1.
// .h
class Singleton{
private:
    static Singleton *unique;
    Singleton();
public:
    static Singleton *getInstance();
};

// .cpp
Singleton* Singleton::unique = nullptr; // 不写会寄
Singleton::Singleton(){};
Singleton* Singleton::getInstance(){
    if(unique ==nullptr)
        unique = new Singleton();
    return unique;
}

懒汉式（线程安全）

上一种在多线程环境下可能两个或者多个线程刚在 getInstance() 中的 if 判断环节通过后就切换线程，导致多次实例化

双重检验锁

与code1相比，需要加一个 private 锁变量，用于双重检验

// code2.
// .h
class Singleton{
private:
    static Singleton *unique;
    static std::mutex mutex_;	// #include <mutex>
    Singleton();
public:
    static Singleton *getInstance();
};
// .cpp
std::mutex Singleton::mutex_;
Singleton* Singleton::unique = nullptr;
Singleton::Singleton(){};
Singleton* Singleton::getInstance(){
    if(unique ==nullptr){
        mutex_.lock();
        if(unique ==nullptr){
            unique = new Singleton();
        }
        mutex_.unlock();
    }
    return unique;
}

饿汉式

线程安全：由于是加载时就声明了，不存在线程安全问题

内存安全：Singleton类里再定义一个类Gc，用Gc类的析构函数跟unique的内存回收进行绑定，然后Singleton类里弄一个静态Gc类小gc，这样小gc析构的时候，就可以在结束的时候完成垃圾回收。

//code3.
// .h
class Singleton{
public:
    static Singleton * getInstance();
    class Gc{
    public:
        ~Gc();
    };
private:
    static Singleton *unique;
    static Gc gc;
};


// .cpp
Singleton * Singleton::getInstance(){
    return unique;
}

Singleton::Gc::~Gc(){
    if (unique){
        delete unique;
    }
}

Singleton * Singleton::unique = new Singleton();
Singleton::Gc Singleton::gc;

参考

《大话设计模式》
《HeadFirst设计模式》
c++单例模式

没看，以后万一学了java会看：
java单例模式

码农公寓