c++设计模式之单例模式

单例模式：用来创建独一无二的，只能够有一个实例的对象。 单例模式的结构是设计模式中最简单的，但是想要完全实现一个线程安全的单例模式还是有很多陷阱的，所以面试的时候属于一个常见的考点~

单例模式的应用场景：有一些对象其实只需要一个，比如：线程池，缓存，对话框，处理偏好设置和注册表的对象，日志对象，充当打印机，显卡等设备的驱动程序对象。这些对象只能够拥有一个实例，如果创建出了多个实例，就会导致一些程序的问题。程序的行为异常，资源使用的过量，或者导致不一致的结果。常用来管理共享的资源，比如数据库的连接或者线程池。

我们都很清楚一个简单的单例模式该怎样去实现：构造函数声明为private或protect防止被外部函数实例化，内部保存一个private static的类指针保存唯一的实例，实例的动作由一个public的类方法代劳，该方法也返回单例类唯一的实例。

class singleton
{
protected:
    singleton(){}
private:
    static singleton* p;
public:
    static singleton* instance();
};
singleton* singleton::p = NULL;
singleton* singleton::instance()
{
    if (p == NULL)
        p = new singleton();
    return p;
}

这是一个很棒的实现，简单易懂。但这是一个完美的实现吗？不！该方法是线程不安全的，考虑两个线程同时首次调用instance方法且同时检测到p是NULL值，则两个线程会同时构造一个实例给p，这是严重的错误！同时，这也不是单例的唯一实现！

2 懒汉与饿汉

　　单例大约有两种实现方法：懒汉与饿汉。

• • 懒汉：故名思义，不到万不得已就不会去实例化类，也就是说在第一次用到类实例的时候才会去实例化，所以上边的经典方法被归为懒汉实现；
  • 饿汉：饿了肯定要饥不择食。所以在单例类定义的时候就进行实例化。

　　特点与选择：

• • 由于要进行线程同步，所以在访问量比较大，或者可能访问的线程比较多时，采用饿汉实现，可以实现更好的性能。这是以空间换时间。
  • 在访问量较小时，采用懒汉实现。这是以时间换空间。

3 线程安全的懒汉实现

　　线程不安全，怎么办呢？最直观的方法：加锁。

• 方法1：加锁的经典懒汉实现：

class singleton
{
protected:
    singleton()
    {
        pthread_mutex_init(&mutex);
    }
private:
    static singleton* p;
public:
    static pthread_mutex_t mutex;
    static singleton* initance();
};

pthread_mutex_t singleton::mutex;
singleton* singleton::p = NULL;
singleton* singleton::initance()
{
    if (p == NULL)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if (p == NULL)
            p = new singleton();
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return p;
}

互斥的同步会导致性能的降低，即使p已经不为空了，每次还是需要加锁，这样操作花费就比较多，性能必定比较差。

• 方法2：内部静态变量的懒汉实现

　　此方法也很容易实现，在instance函数里定义一个静态的实例，也可以保证拥有唯一实例，在返回时只需要返回其指针就可以了。推荐这种实现方法，真得非常简单。

class singleton
{
protected:
    singleton()
    {
        pthread_mutex_init(&mutex);
    }
public:
    static pthread_mutex_t mutex;
    static singleton* initance();
    int a;
};

pthread_mutex_t singleton::mutex;
singleton* singleton::initance()
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    static singleton obj;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return &obj;
}

4 饿汉实现

　　饿汉实现本来就是线程安全的，不用加锁。

class singleton
{
protected:
    singleton()
    {}
private:
    static singleton* p;
public:
    static singleton* initance();
};
singleton* singleton::p = new singleton;
singleton* singleton::initance()
{
    return p;
}

 

*另外一种提升因为同步导致的性能变差的方法称为“双重检验加锁”。方法如下：

思路是只有在第一次创建的时候进行加锁，当_instance不为空的时候就不需要进行加锁的操作，这样就可以提升性能~

class Lock
{
private:      
    mutex mtex;
public:
    Lock(mutex m) : mtex(m)
    {
        mtex.Lock();
    }
    ~Lock()
    {
        mtex.Unlock();
    }
};
class Singleton {
public:
    static Singleton* getInstance();
    //析构的时候释放资源~
    ~Singleton() {
        if( (_instance != NULL)
            delete _instance;
    }
protected:
    Singleton();
private:
    static Singleton* _instance;
    static mutex m;
}
 
Singleton *Singleton::_instance = NULL;
Singleton* Singleton::getInstance() {
    //check 之前进行临界区加锁操作
    //双重检验加锁
    if(_instance == NULL ) {
        Lock lock(m);
        if( _instance == NULL) {
            _instance = new Singleton();
        }
    }
    return _instance;
}

 

转自：

https://www.cnblogs.com/weixliu/p/3900764.html

http://www.cnblogs.com/qiaoconglovelife/p/5851163.html