设计模式学习笔记（一）——Singleton

        学习设计模式，自然从最简单的模式入手，而最简单的模式便是Singleton。所以第一篇就来所以说Singleton。看完GOF和Design patterns in Java的书，感觉Singleton虽然简单，但是想写出一个好的Singleton也不是一上来就能写出来的。
       Singleton的用处自然是保证一个类只有一个唯一的实例。在建模中涉及到的只能有一个对象，例如Struts中的Action类就是一例。除此之外，Singleton还使得该对象只有一个全局访问点。这就是SIngleton的作用。
       说得比较抽象，我们来看一个简单Singleton的C++和Java的代码：
C++：
类定义：

class Singleton  
...{
public:
    static Singleton * Instance();
    ~Singleton();

private:
    Singleton();

    static Singleton * instance;
};

方法实现：

Singleton * Singleton::instance = 0;

Singleton::Singleton()
...{

}

Singleton::~Singleton()
...{

}

Singleton * Singleton::Instance()
...{
    if (instance == 0) ...{
        instance = new Singleton();
    }

    return instance;
}

Java：

public class Singleton ...{
    
    private static Singleton instance;
    
    public static Singleton getInstance() ...{
        if (instance == null)
            instance = new Singleton();
        
        return instance;
    }
    
    /** *//** Creates a new instance of Singleton */
    private Singleton() ...{
    }
}

通过上面的例子可以看出，Singleton的实现并不难，只要将构造函数访问域设为私有，然后添加一个静态引用和一个获得该应用的静态方法即可。其实在C++中定义一个全局静态变量也可以达到这个效果，但是像Java这样的语言就是能使用Singleton了。
       上面的程序有一个问题，就是只能运行在单线程的环境下。为此我在C++上作了个实验。首先#include <windows.h>。在SIngleton::Instance()函数中增加一个Sleep(1000)，程序如下：

Singleton * Singleton::Instance()
...{
    if (instance == 0) ...{
        Sleep(1000);
        instance = new Singleton();
    }

    return instance;
}

然后在主函数中创建两个线程，程序如下：

static Singleton * s1 = 0, * s2 = 0;

DWORD WINAPI ThreadProc1(PVOID)
...{
    s1 = Singleton::Instance();

    return 0;
}

DWORD WINAPI ThreadProc2(PVOID)
...{
    s2 = Singleton::Instance();

    return 0;
}

int main(int argc, char* argv[])
...{
    DWORD threadID1;
    DWORD threadID2;

    CreateThread(NULL, 0, ThreadProc1, NULL, 0, &threadID1);
    CreateThread(NULL, 0, ThreadProc2, NULL, 0, &threadID2);

    Sleep(10000);

    std::cout << s1 << " " << s2;

    return 0;
}

这样修改后在运行程序，打印出来的s1和s2地址就不是同一个地址了。结果如下：
00372D68 00372E68Press any key to continue
可见当在多线程环境下使用这个Singleton就会出现创建不止一个实力的情况，所以我们需要给Singleton加锁。请看下面的代码。
C++：

class Singleton  
...{
public:
    static Singleton * Instance();
    virtual ~Singleton();

private:
    Singleton();

    static CMutex mutex;
    static Singleton * instance;
};

Singleton * Singleton::instance = 0;
CMutex Singleton::mutex;

Singleton::Singleton()
...{

}

Singleton::~Singleton()
...{

}

Singleton * Singleton::Instance()
...{
    mutex.Lock();

    if (instance == 0) ...{
        Sleep(1000);
        instance = new Singleton();
    }

    mutex.Unlock();

    return instance;
}

此外需要#include <afxmt.h>，并且在项目设置中要设置动态链接MFC库。
Java：

public class Singleton ...{
    
    private static Singleton instance;
    private static Object lock = Singleton.class;
    
    public static Singleton getInstance() ...{
        synchronized (lock) ...{
            if (instance == null)
                instance = new Singleton();
            
            return instance;
        }
    }
    
    /** *//** Creates a new instance of Singleton */
    private Singleton() ...{
    }
}

运用加锁就可以解决在多线程环境下使用Singleton所带来的问题了。程序可能还有没考虑到的方面，希望大家指正。谢谢。