单例模式恐怕是最为人熟知的一种设计模式了。它同样也是创建型模式的一种。当某个struct只允许有一个实例的时候,我们会用到这种设计模式。这个struct的唯一的实例被称为单例对象。下面是需要创建单例对象的一些场景:
- 数据库实例:一般在开发中,对于一个应用,我们通常只需要一个数据库对象实例
- 日志实例:同样,对于一个应用来说,日志操作对象也只需要一个实例
单例对象通常在struct初始化的时候创建。通常,如果某个struct只需要创建一个实例的时候,会为其定义一个getInstance()
方法,创建的单例实例会通过这个方法返回给调用者。
因为Go语言中有goroutines,它会给单例模式的应用带来一些麻烦。我们在构建单例模式的时候必须要考虑到在多个goroutines访问struct的getInstance()
方法的时候应该返回相同的实例。下面的代码演示了如何正确的创建一个单例对象:
var lock = &sync.Mutex{} type single struct { } var singleInstance *single func getInstance() *single { if singleInstance == nil { lock.Lock() defer lock.Unlock() if singleInstance == nil { fmt.Println("Creting Single Instance Now") singleInstance = &single{} } else { fmt.Println("Single Instance already created-1") } } else { fmt.Println("Single Instance already created-2") } return singleInstance }
以上的代码保证了single
struct只会有一个实例。代码中有几处可以注意下:
- 在
getInstance()
方法的起始处首先检查了下singleInstance
是否为nil。这样每次调用getInstance()
方法的时候可以避免执行“锁”操作。因为“锁”相关的操作比较耗资源,会影响性能,因此越少调用越好。 -
singleInstance
对象在“锁”作用区间内创建,可以避免goroutines的影响。 - 在获取到“锁”资源后,程序中又一次校验了
singleInstance
对象是否为空。这是因为可能会有多个goroutines通过第一次校验,二次校验可以保证只有一个goroutine创建单例,不然每个goroutine都有可能会创建一个single
struct实例。
完整代码在这里:
single.go
import ( "fmt" "sync" ) var lock = &sync.Mutex{} type single struct { } var singleInstance *single func GetInstance() *single { if singleInstance == nil { lock.Lock() defer lock.Unlock() if singleInstance == nil { fmt.Println("Creating Single Instance Now") singleInstance = &single{} } else { fmt.Println("Single Instance already created-1") } } else { fmt.Println("Single Instance already created-2") } return singleInstance }
main.go
import ( "fmt" ) func main() { for i := 0; i < 100; i++ { go GetInstance() } // Scanln is similar to Scan, but stops scanning at a newline and // after the final item there must be a newline or EOF. fmt.Scanln() }
输出内容:
Creating Single Instance Now Single Instance already created-1 Single Instance already created-2 Single Instance already created-1 Single Instance already created-1 Single Instance already created-1 Single Instance already created-1 Single Instance already created-1 Single Instance already created-1 Single Instance already created-2 Single Instance already created-2 ...
简单说明下:
- 输出内容中只有一行“Creating Single Instance Now”这样的输出,这说明只有一个goroutine能够创建一个
single
struct的实例。 - 输出内容中有多行“Single Instance already created-1”,说明有多个goroutines通过第一次检查
singleInstance
对象是否为空的校验,它本来都有机会创建单例。 - 最后输出的都是“Single Instance already created-2”,意味着单例已创建完成,之后的goroutines都无法再通过首次校验。
除了锁+二次校验的方式,还有其它创建单例的方法,我们来看一下:
基于init()函数
在init()
函数中创建单例。因为一个包中每个文件的init()
函数都只会调用一次,这样就可以保证只有一个实例会被创建。看下代码:
import ( "fmt" "log" ) type single struct { } var singleInstance *single func init() { fmt.Println("Creating Single Instance Now") singleInstance = &single{} } func GetInstance() *single { if singleInstance == nil { log.Fatal("Single Instance is nil") } else { fmt.Println("Single Instance already created-2") } return singleInstance }
这应该就是go语言中的懒汉式单例创建方法了。如果不介意过早创建实例造成的资源占用,推荐使用这种方法创建单例。
通过sync.Once
sync.Once
中的代码会被保证只执行一次,这完全可以用来创建单例。代码如下:
import ( "fmt" "sync" ) var once sync.Once type single struct { } var singleInstance *single func GetInstance() *single { if singleInstance == nil { once.Do( func() { fmt.Println("Creating Single Instance Now") singleInstance = &single{} }) fmt.Println("Single Instance already created-1") } else { fmt.Println("Single Instance already created-2") } return singleInstance }
相比二次校验的方式,这里的代码可以说非常简洁了。这也是我非常建议使用的一种单例创建方式。
输出内容为:
Creating Single Instance Now Single Instance already created-1 Single Instance already created-2 Single Instance already created-2 Single Instance already created-1 Single Instance already created-2 Single Instance already created-1 Single Instance already created-1 Single Instance already created-2 Single Instance already created-1 Single Instance already created-2 Single Instance already created-1 Single Instance already created-2 Single Instance already created-2 Single Instance already created-2 Single Instance already created-2 Single Instance already created-2 Single Instance already created-2 Single Instance already created-2 Single Instance already created-2 ...
简单说明下:
- 输出的内容和二次校验的方式差不多,仍然存在多行“Single Instance already created-1”这样的输出,说明有多个goroutine通过了if校验
- 输出内容中只有一行“Creating Single Instance Now”,说明只有一个goroutine能够创建实例。
代码已上传至GitHub:zhyea / go-patterns / singleton-pattern
End!