【设计模式】单例模式

单例模式详解
本文介绍了单例模式的基本概念和实现方式,包括如何通过私有构造函数确保类只有一个实例,并提供了公共静态方法供外部获取该实例。同时探讨了单例模式的优点和缺点,以及一种变种形式——产生多个实例。

今天开始整理设计模式,首先整理一下单例模式的基本概况,顾名思义:

单例模式

  • 只能产生一个对象

这里写图片描述

public class Singleton{
    public  static final Singleton  singleton=new Singleton();
    //私有构造函数确保只能产生一个对象
    public Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton==null){
            return new Singleton();
        }
    }
    //....
}

优点

  • 创建一个对象,内存占用较少

  • 对于所创建对象需要的资源较多情况下,可以使用单例模式,让对象驻留在内存中,以便使用

  • 单例模式只产生一个对象,避免对资源占用的冲突,多个对象对同一个文件的读写操作

缺点

  • 高并发可能会导致多个对象的存在

  • 对象赋值问题

单例模式变性

  • 产生N(N>1)个对象
public class SingletonMulti {  

    //定义最多能生产两个实例  
    private static int maxNum = 2;  

    //定义一个列表,容纳多有的实例  
    private static ArrayList<SingletonMulti> singletonSingletonMultilist = new ArrayList<SingletonMulti>();  

    //产生指定数量的实例对象  
    static{  
        for( int i=0; i<maxNum; i++ ){  
            singletonSingletonMultilist.add(new SingletonMulti());  
        }  
    }  

    private SingletonMulti(){  
        System.out.println("创建SingletonDevelop实例");  
    }  

    //得到随机的SingletonDevelop实例  
    public static SingletonMulti SingletonSingletonMulti(){  
        Random randrom = new Random();  
        int singletonSingletonMultiNum = randrom.nextInt(maxNum);  
        return singletonSingletonMultilist.get(singletonSingletonMultiNum);  
    }  

}  
### 单例模式概述 单例模式是一种创建型设计模式,确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点来访问这个实例。在C++中,单例模式常用于需要全局唯一实例的场景,如日志记录器、数据库连接池等。 ### 实现方法 #### 饿汉式单例 饿汉式单例在程序启动时就创建实例,因此是线程安全的。以下是饿汉式单例的实现代码: ```cpp #include <iostream> class Singleton { private: // 私有构造函数,防止外部实例化 Singleton() {} // 禁止拷贝构造函数 Singleton(const Singleton&) = delete; // 禁止赋值运算符 Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; // 唯一实例 static Singleton instance; public: // 静态方法,用于获取唯一实例 static Singleton& getInstance() { return instance; } void doSomething() { std::cout << "Singleton is doing something." << std::endl; } }; // 初始化唯一实例 Singleton Singleton::instance; int main() { Singleton& singleton = Singleton::getInstance(); singleton.doSomething(); return 0; } ``` 在上述代码中,`Singleton` 类的构造函数被声明为私有,这意味着外部无法直接实例化该类。`getInstance` 方法用于获取唯一的实例,而 `instance` 是在类外进行初始化的。 #### 懒汉式单例 懒汉式单例在第一次使用时才创建实例。在多线程环境下,需要考虑线程安全问题。以下是一个线程安全的懒汉式单例实现: ```cpp #include <iostream> #include <mutex> class Singleton { private: // 私有构造函数,防止外部实例化 Singleton() {} // 禁止拷贝构造函数 Singleton(const Singleton&) = delete; // 禁止赋值运算符 Singleton& operator=(const Singleton&) = delete; // 唯一实例指针 static Singleton* instance; // 互斥锁,用于线程安全 static std::mutex mutex_; public: // 静态方法,用于获取唯一实例 static Singleton& getInstance() { std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_); if (instance == nullptr) { instance = new Singleton(); } return *instance; } void doSomething() { std::cout << "Singleton is doing something." << std::endl; } }; // 初始化唯一实例指针 Singleton* Singleton::instance = nullptr; // 初始化互斥锁 std::mutex Singleton::mutex_; int main() { Singleton& singleton = Singleton::getInstance(); singleton.doSomething(); return 0; } ``` 在上述代码中,使用了 `std::mutex` 来保证线程安全。在 `getInstance` 方法中,使用 `std::lock_guard` 来自动管理锁的获取和释放。 ### 使用场景 - **日志记录器**:在整个应用程序中,通常只需要一个日志记录器来记录所有的日志信息。 - **数据库连接池**:为了避免频繁地创建和销毁数据库连接,可以使用单例模式来管理数据库连接池。 - **配置管理**:应用程序的配置信息通常是全局唯一的,可以使用单例模式来管理配置信息。 ### 最佳实践 - **确保线程安全**:在多线程环境下,需要使用锁或其他同步机制来保证单例的线程安全。 - **防止拷贝和赋值**:将拷贝构造函数和赋值运算符声明为私有或删除,防止外部进行拷贝和赋值操作。 - **内存管理**:对于使用 `new` 创建的单例实例,需要确保在程序结束时正确释放内存,或者使用智能指针来管理内存。
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