单例模式

什么是单例模式?
单例模式指在整个系统生命周期里,保证一个类只能产生一个实例,确保该类的唯一性。

单例模式分类
单例模式可以分为懒汉式和饿汉式,两者之间的区别在于创建实例的时间不同:

懒汉式:指系统运行中,实例并不存在,只有当需要使用该实例时,才会去创建并使用实例。(这种方式要考虑线程安全)
饿汉式:指系统一运行,就初始化创建实例,当需要时,直接调用即可。(本身就线程安全,没有多线程的问题)
单例类特点
构造函数和析构函数为private类型,目的禁止外部构造和析构
拷贝构造和赋值构造函数为private类型,目的是禁止外部拷贝和赋值,确保实例的唯一性
类里有个获取实例的静态函数,可以全局访问
01 普通懒汉式单例 ( 线程不安全 )
/// 普通懒汉式实现 – 线程不安全 //
#include // std::cout
#include // std::mutex
#include <pthread.h> // pthread_create

class SingleInstance
{

public:
// 获取单例对象
static SingleInstance *GetInstance();

// 释放单例,进程退出时调用
static void deleteInstance();

// 打印单例地址
void Print();

private:
// 将其构造和析构成为私有的, 禁止外部构造和析构
SingleInstance();
~SingleInstance();

// 将其拷贝构造和赋值构造成为私有函数, 禁止外部拷贝和赋值
SingleInstance(const SingleInstance &signal);
const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);

private:
// 唯一单例对象指针
static SingleInstance *m_SingleInstance;
};

//初始化静态成员变量
SingleInstance *SingleInstance::m_SingleInstance = NULL;

SingleInstance* SingleInstance::GetInstance()
{

if (m_SingleInstance == NULL)
{
	m_SingleInstance = new (std::nothrow) SingleInstance;  // 没有加锁是线程不安全的,当线程并发时会创建多个实例
}

return m_SingleInstance;

}

void SingleInstance::deleteInstance()
{
if (m_SingleInstance)
{
delete m_SingleInstance;
m_SingleInstance = NULL;
}
}

void SingleInstance::Print()
{
std::cout << “我的实例内存地址是:” << this << std::endl;
}

SingleInstance::SingleInstance()
{
std::cout << “构造函数” << std::endl;
}

SingleInstance::~SingleInstance()
{
std::cout << “析构函数” << std::endl;
}
/// 普通懒汉式实现 – 线程不安全 //

// 线程函数
void *PrintHello(void *threadid)
{
// 主线程与子线程分离,两者相互不干涉,子线程结束同时子线程的资源自动回收
pthread_detach(pthread_self());

// 对传入的参数进行强制类型转换,由无类型指针变为整形数指针,然后再读取
int tid = *((int *)threadid);

std::cout << "Hi, 我是线程 ID:[" << tid << "]" << std::endl;

// 打印实例地址
SingleInstance::GetInstance()->Print();

pthread_exit(NULL);

}

#define NUM_THREADS 5 // 线程个数

int main(void)
{
pthread_t threads[NUM_THREADS] = {0};
int indexes[NUM_THREADS] = {0}; // 用数组来保存i的值

int ret = 0;
int i = 0;

std::cout << "main() : 开始 ... " << std::endl;

for (i = 0; i < NUM_THREADS; i++)
{
    std::cout << "main() : 创建线程:[" << i << "]" << std::endl;
    
	indexes[i] = i; //先保存i的值
	
    // 传入的时候必须强制转换为void* 类型,即无类型指针
    ret = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)&(indexes[i]));
    if (ret)
    {
        std::cout << "Error:无法创建线程," << ret << std::endl;
        exit(-1);
    }
}

// 手动释放单实例的资源
SingleInstance::deleteInstance();
std::cout << "main() : 结束! " << std::endl;

return 0;

}
普通懒汉式单例运行结果:

从运行结果可知,单例构造函数创建了两个,内存地址分别为0x7f3c980008c0和0x7f3c900008c0,所以普通懒汉式单例只适合单进程不适合多线程,因为是线程不安全的。

02 加锁的懒汉式单例 ( 线程安全 )
/// 加锁的懒汉式实现 //
class SingleInstance
{

public:
// 获取单实例对象
static SingleInstance *&GetInstance();

//释放单实例,进程退出时调用
static void deleteInstance();

// 打印实例地址
void Print();

private:
// 将其构造和析构成为私有的, 禁止外部构造和析构
SingleInstance();
~SingleInstance();

// 将其拷贝构造和赋值构造成为私有函数, 禁止外部拷贝和赋值
SingleInstance(const SingleInstance &signal);
const SingleInstance &operator=(const SingleInstance &signal);

private:
// 唯一单实例对象指针
static SingleInstance *m_SingleInstance;
static std::mutex m_Mutex;
};

//初始化静态成员变量
SingleInstance *SingleInstance::m_SingleInstance = NULL;
std::mutex SingleInstance::m_Mutex;

SingleInstance *&SingleInstance::GetInstance()
{

//  这里使用了两个 if判断语句的技术称为双检锁;好处是,只有判断指针为空的时候才加锁,
//  避免每次调用 GetInstance的方法都加锁,锁的开销毕竟还是有点大的。
if (m_SingleInstance == NULL) 
{
    std::unique_lock<std::mutex> lock(m_Mutex); // 加锁
    if (m_SingleInstance == NULL)
    {
        m_SingleInstance = new (std::nothrow) SingleInstance;
    }
}

return m_SingleInstance;

}

void SingleInstance::deleteInstance()
{
std::unique_lockstd::mutex lock(m_Mutex); // 加锁
if (m_SingleInstance)
{
delete m_SingleInstance;
m_SingleInstance = NULL;
}
}

void SingleInstance::Print()
{
std::cout << “我的实例内存地址是:” << this << std::endl;
}

SingleInstance::SingleInstance()
{
std::cout << “构造函数” << std::endl;
}

SingleInstance::~SingleInstance()
{
std::cout << “析构函数” << std::endl;
}
/// 加锁的懒汉式实现 //
加锁的懒汉式单例的运行结果:

从运行结果可知,只创建了一个实例,内存地址是0x7f28b00008c0,所以加了互斥锁的普通懒汉式是线程安全的

03 内部静态变量的懒汉单例(C++11 线程安全)
/// 内部静态变量的懒汉实现 //
class Single
{

public:
// 获取单实例对象
static Single &GetInstance();

// 打印实例地址
void Print();

private:
// 禁止外部构造
Single();

// 禁止外部析构
~Single();

// 禁止外部复制构造
Single(const Single &signal);

// 禁止外部赋值操作
const Single &operator=(const Single &signal);

};

Single &Single::GetInstance()
{
// 局部静态特性的方式实现单实例
static Single signal;
return signal;
}

void Single::Print()
{
std::cout << “我的实例内存地址是:” << this << std::endl;
}

Single::Single()
{
std::cout << “构造函数” << std::endl;
}

Single::~Single()
{
std::cout << “析构函数” << std::endl;
}
/// 内部静态变量的懒汉实现 //
内部静态变量的懒汉单例的运行结果:

-std=c++0x编译是使用了C++11的特性,在C++11内部静态变量的方式里是线程安全的,只创建了一次实例,内存地址是0x6016e8,这个方式非常推荐,实现的代码最少!

[root@lincoding singleInstall]#g++ SingleInstance.cpp -o SingleInstance -lpthread -std=c++0x

04 饿汉式单例 (本身就线程安全)
// 饿汉实现 /
class Singleton
{
public:
// 获取单实例
static Singleton* GetInstance();

// 释放单实例,进程退出时调用
static void deleteInstance();

// 打印实例地址
void Print();

private:
// 将其构造和析构成为私有的, 禁止外部构造和析构
Singleton();
~Singleton();

// 将其拷贝构造和赋值构造成为私有函数, 禁止外部拷贝和赋值
Singleton(const Singleton &signal);
const Singleton &operator=(const Singleton &signal);

private:
// 唯一单实例对象指针
static Singleton *g_pSingleton;
};

// 代码一运行就初始化创建实例 ,本身就线程安全
Singleton* Singleton::g_pSingleton = new (std::nothrow) Singleton;

Singleton* Singleton::GetInstance()
{
return g_pSingleton;
}

void Singleton::deleteInstance()
{
if (g_pSingleton)
{
delete g_pSingleton;
g_pSingleton = NULL;
}
}

void Singleton::Print()
{
std::cout << “我的实例内存地址是:” << this << std::endl;
}

Singleton::Singleton()
{
std::cout << “构造函数” << std::endl;
}

Singleton::~Singleton()
{
std::cout << “析构函数” << std::endl;
}
// 饿汉实现 /
饿汉式单例的运行结果:

从运行结果可知,饿汉式在程序一开始就构造函数初始化了,所以本身就线程安全的

特点与选择
懒汉式是以时间换空间,适应于访问量较小时;推荐使用内部静态变量的懒汉单例,代码量少
饿汉式是以空间换时间,适应于访问量较大时,或者线程比较多的的情况

上一篇:vue中使用window.onresize无效


下一篇:go-carbon 1.5.2版本发布, 修复已知 bug 和新增功能及葡萄牙语翻译文件