单例模式

概念

单例模式(Singleton Pattern)：单例模式确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例，这个类称为单例类，它提供全局访问的方法。

要点：

1. 某个类只有一个实例。
2. 保证自行创建这个实例。
3. 向这个系统提供这个实例。

实现分析

基于单例模式的三个要点，代码实现中需要有一下保证：

• 禁止用户创建实例：私有化构造函数。
• 单例类提供一个公有方法，该方法负责确保实例存在，并将该实例提供给整个系统使用。

根据实例创建的时间可分为：懒汉模式、饿汉模式。

C++样例

饿汉模式

程序一开始就产生该类的实例。

class Singleton {
public:
    static Singleton* getInstance();

private:
    Singleton();

    static Singleton* INSTANCE;
};

Singleton* Singleton::INSTANCE = new Singleton();

Singleton* Singleton::getInstance() {
    return Singleton::INSTANCE;
}

懒汉模式

程序中第一次使用该类实例时才创建实例。

class Singleton {
public:
    static Singleton* getInstance();

private:
    Singleton();

    static Lock; // 并发锁
    static Singleton* INSTANCE;
};
Singleton* Singleton::INSTANCE = nullptr;

// 线程不安全版本
Singleton* Singleton::getInstance() {
    if (INSTANCE == nullptr) {
        INSTANCE = new Singleton();
    }
    return INSTANCE;
}

// 线程安全版本
Singleton* Singleton::getInstance() {
    if (INSTANCE == nullptr) {
        // Lock 并发锁
        if (INSTANCE == nullptr) {
            INSTANCE = new Singleton();
        }
        // UnLock
    }
    return INSTANCE;
}

Go样例

饿汉模式

func init() {
	// 饿汉模式
	hInstance = &hungerSingleton{}
}
type hungerSingleton struct { }

var hInstance *hungerSingleton

func GetHungerInstance() *hungerSingleton {
	return hInstance
}

懒汉模式

type lazySingleton struct { }

var instance *lazySingleton
var lock sync.Mutex

func GetLazyInstance() *lazySingleton {
	if instance == nil { // 不是完全原子的
		lock.Lock()
		defer lock.Unlock()
		if instance == nil {
			instance = &lazySingleton{}
		}
	}
	return instance
}

// 通过使用sync/atomic这个包，我们可以原子化加载并设置一个标志，以标识是否创建实例
var initialized uint32

func GetLazyInstanceAtom() *lazySingleton {
	if atomic.LoadUint32(&initialized) == 1 {
		return instance
	}

	lock.Lock()
	defer lock.Unlock()
	if instance == nil {
		instance = &lazySingleton{}
		atomic.StoreUint32(&initialized, 1)
	}
	return instance
}

// 通过 sync.Once 来确保创建实例的方法只执行一次
var initOnce sync.Once

func GetLazyInstanceOnce() *lazySingleton {
	initOnce.Do(func() {
		instance = &lazySingleton{}
	})
	return instance
}

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参考：

• 《大话设计模式》 程杰
• [图说设计模式-单例模式](