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设计模式 之美 -- 单例模式

为什么要使用单例？

一个类只允许创建一个对象或者实例。

背景简介：使用多线程并发访问同一个类，为了保证类的线程安全，可以有两种方法：

  1. 将该类定义为单例模式，即该类仅允许创建一个实例
  2. 为该类的成员函数添加类级别的锁

举例：

一个向指定文件写入日志的类，为了保证该类并发调用时写入文件的日志不会覆盖，需执行以上操作。

单例模式的几种经典的实现方式：

  • 饿汉式

    在类的加载期间，将静态实例初始化好，所以实例的创建是线程安全的。但是这样的方式不支持延迟加载，且每加载一个实例都会重新初始化一次，开销较大。

  • 懒汉式

    懒汉模式相对于饿汉模式的优点是支持延迟加载(C++ 种的动态绑定)，只有实例化的时候才知道该对象的实例。但是会导致出现频发加锁，释放锁造成效率底下 的问题。

  • 双重检测

    双重检测既支持延迟加载，又支持高并发的单例实现方式。

  • 静态内部类

    JAVA支持的静态内部类实现单例。这种实现方式既支持延迟加载，也支持高并发实例，实现起来也比双重检测简单。

  • 枚举

    最简单的实现方式，基于枚举实现的单例。通过枚举类型本身的特性，保证了实例创建的线程安全性和实例的唯一性。

C语言单例模式的实现：

饿汉模式

csingleton.h

#ifndef CSINGLETON_H
#define CSINGLETON_H
#include typedef struct { void* (*ctor)(void *_self);void* (*dtor)(void *_self);void* (*createInstance)(void *self);void *instance;
} _CSingleton;extern const void *CSingleton;
void *GetInstance(void);#endif

csingleton.c

#include "csingleton.h"
#include static void *csingletonCtor(void *_self) { _CSingleton *self = _self;self->instance = _self;return self;
}static void *csingletonDtor(void *_self) { _CSingleton *self = _self;self->instance = NULL;return self;
}static void *csingletonCreateInstance(void *_self) { _CSingleton *self = _self;self->instance = _self;return self;
}static _CSingleton _csingleton = { csingletonCtor, csingletonDtor, csingletonCreateInstance, NULL
};
const void *CSingleton = &_csingleton;void *GetInstance(void) {  //当调用该函数加载类的时候进行初始化if (NULL == ((_CSingleton*)CSingleton)->instance) { return csingletonCtor(CSingleton);} else { return ((_CSingleton*)CSingleton)->instance;}
}

main.c

#include "csingleton.h"
#include int main(int argc, char *argv[]) { void *ps1 = GetInstance();void *ps2 = GetInstance();if (ps1 == ps2) { fprintf(stdout, "ps1 = ps2
");}return 0;
}

懒汉模式

#include 
#include 
#include 
#include 
#include typedef struct ID{ char *name;int id_num;
}id;static id *_id = NULL;/*通过锁进行并发访问时线程间竞争的控制*/
static omp_lock_t lock;id *getInstance(){ omp_set_lock(&lock);if(NULL != _id) { omp_unset_lock(&lock);return _id;} else { _id = (id*)malloc(sizeof(id));assert(_id != NULL);omp_unset_lock(&lock);return _id;}
}int main(int argc, char *argv[]) { omp_set_num_threads(20);//运行时的库函数，设置运行的线程数目id * i1, *i2;omp_init_lock(&lock);{ i1 = getInstance() ;i1->name = "Rong";i1->id_num = omp_get_thread_num();}{ i2 = getInstance() ;i2->name = "Tao";}omp_destroy_lock(&lock);if(i1 == i2){ fprintf(stdout, " i1 == i2 
");}fprintf(stdout, "i1->name = %s, i1->score = %d
",i1->name, i1->id_num);fprintf(stdout, "i2->name = %s, i2->score = %d
",i2->name, i2->id_num);return 0;
}

C++实现单例模式

饿汉模式

#include 
using namespace std;class Singleon
{ 
private:Singleon(){ cout << "Singleon()" << endl;}static Singleon* instance;
public:static Singleon* GetSingleon(){ return instance;}static Singleon* Destroy(){ delete instance;instance = NULL;}
};/*编译加载类的时候即初始化，静态成员编译的时候即会初始化*/
Singleon* Singleon::instance = new Singleon();int main(){ Singleon* sl1 = Singleon::GetSingleon();Singleon* sl2 = Singleon::GetSingleon();Singleon* sl3 = Singleon::GetSingleon();cout << sl1 << endl;cout << sl2 << endl;cout << sl2 << endl;system("pause");return 0;}

懒汉模式

#include 
using namespace std;class Singleon
{ 
private:Singleon(){ cout << "Singleon()" << endl;}static Singleon*instrance;
public:static Singleon* GetSingleon(){ if (NULL == instrance){ instrance = new Singleon();cout << "对象创建成功" << endl;}else{ cout << "对象已经创建成功，无须再建" << endl;}return instrance;}static Singleon* Destroy(){ delete instrance;instrance = NULL;}
};/*类加载的时候不进行初始化，实例化的时候进行初始化*/
Singleon* Singleon::instrance =  NULL;
int main()
{ Singleon* sl1 = Singleon::GetSingleon();Singleon* sl2 = Singleon::GetSingleon();Singleon* sl3 = Singleon::GetSingleon();cout << sl1 << endl;cout << sl2 << endl;cout << sl2 << endl;system("pause");return 0;
}

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