设计模式---单例模式

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设计模式—单例模式

1、学习框架

单例模式框架

2、为什么需要单例模式？

在我们日常的工作中经常需要在应用程序中保持一个唯一的实例，如：IO处理，数据库操作等，由于这些对象都要占用重要的系统资源，所以我们必须限制这些实例的创建或始终使用一个公共的实例，这就是我所分享的设计模式—单例模式(Singleton)

单例模式需要确保某个类中只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

2.1、单例模式常见的应用场景

场景	具体使用
网站	计数器
web应用	配置管理器
应用程序	日志管理系统
数据库	连接池
多线程	线程池
资源性应用	内存池
操作系统	文件系统或打印机

2.2、单例类的特点

单例类只能有一个实例
单例类必须自己创建自己的唯一实例
单例类必须给所有其它对象提供这一实例

3、什么是单例模式？

3.1、单例模式的概念

单例模式(Singleton):保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

3.2、单例模式结构图

单例模式是几个创建模式中最对立的一个，它的主要特点不是根据用户程序调用生成一个新的实例，而是控制某个类型的实例唯一性，我们可以通过看如下图，知道该模式所包含的角色只有一个，就是Singleton，它拥有一个私有构造函数，这确保用户无法通过new直接实例它。除此之外，该模式中包含一个静态私有成员变量和静态公有方法，该方法负责检验并实例化自己，然后存储在静态成员变量中，以确保只有一个实例被创建。
单例模式结构图

4、如何实现单例模式？

这里主要介绍饿汉式实现和懒汉式实现，这两种实现方式的特点如下所示：

实现方式	优点	特点
饿汉式实现	加载进程时，静态创建单例对象，线程安全	无论使用与否，总是需要创建
懒汉式实现	用则创建，不用不创建，什么时间用什么事件创建	首次访问时动态创建单例对象，在多线程应用中，存在线程不安全的问题

4.1、饿汉式实现方式

将单例类的唯一对象实例，实现为其静态成员变量

class Singleton
{
private:
  //私有的构造函数
  Singleton();
  //私有的拷贝函数
  Singleton(const Singleton &);
public:
  static Singleton &getInstance()
  {
    return instance;
  }
private:
  //创建静态成员变量
  static Singleton instance;
};

4.2、懒汉式实现方式

直到第一次使用，才创建单例类的唯一对象实例

class Singleton
{
private:
  //私有的构造函数
  Singleton();
  //私有的拷贝函数
  Singleton(const Singleton &);
public:
  static Singleton &getInstance()
  {
    //首次instance为NULL时，执行new
    if (instance == NULL) {
      instance = new Singleton;
    }
    return *instance;
  }
private:
  //创建静态成员变量
  static Singleton *instance = NULL;
};

4.3、考虑线程安全的单例模式

借助互斥锁防止单例对象在不同线程中被重复创建

//创建互斥锁
pthread_mutex_t Singleton::mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

class Singleton
{
private:
  //私有的构造函数
  Singleton();
  //私有的拷贝函数
  Singleton(const Singleton &);
public:
  static Singleton &getInstance()
  {
    //首次instance为NULL时，执行new
    //添加互斥锁，防止单例对象在不同的线程中被重复创建
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    if (instance == NULL) {
      instance = new Singleton;
    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return *instance;
  }
private:
  //创建静态成员变量
  static Singleton *instance = NULL;
};

//优化：
//因为在第一次进行instance判断时，加锁可能起作用，但是在以后instance不为空时，可能造成性能的损失，故进行优化。
public:
  static Singleton &getInstance()
  {
    //首次instance为NULL时，执行new
    //仅在单利对象未创建时加锁，提高效率
    if (!instance) {
      pthread_mutex_lock(&mutex);
      if (instance == NULL) {//这个if判断不可省略，防止在其他线程中在创建实例
        instance = new Singleton;
      }
      pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return *instance;
  }