设计模式12——单例模式(Singleton)

单例通过一个对象只能创建一个该类的实例。当然可以创建两个指针指向该实例。应用场景比如在某个服务器程序中该服务器的配置信息存放在一个文件中这些配置数据由一个单例对象统一读取然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息。这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。其他还有如系统的日志输出、MODEM的联接需要一条且只需要一条电话线操作系统只能有一个窗口管理器一台PC连一个键盘等等。当需要频繁调用该类时单例类可以保证无需重复创建节省资源。1 懒汉模式classSingleton{private:Singleton();Singleton(constSingletonother);public:staticSingleton*getInstance();staticSingleton*m_instance;};首先所有单例类设计必须私有化构造函数、拷贝构造函数//线程非安全版本两个线程检测同一个m_instance;Singleton*Singleton::getInstance(){if(m_instancenullptr){m_instancenewSingleton();}returnm_instance;}上述代码在单线程是安全的它首先检测是否为空但是在多线程中由于线程调度的问题可鞥两个线程都检测到m_instance为空。下面是调用锁的版本一共两个//线程安全版本但锁的代价过高Singleton*Singleton::getInstance(){Lock lock;if(m_instancenullptr){m_instancenewSingleton();}returnm_instance;}/双检查锁但由于内存读写reorder不安全 Singleton*Singleton::getInstance(){if(m_instancenullptr){Lock lock;if(m_instancenullptr){m_instancenewSingleton();}}returnm_instance;}在双检查锁中reorder指的是new Singleton()时编译器可能不是按我们所想的步骤进行的他可能只分配了内存就返回了申请的地址但还未调用构造函数所以此时可能还是为空另一线程在调用getInstance就会创建两个单例对象。在C11后的实现方式如下解决了上述问题#includeiostream#includemutexclassSingleton{private:Singleton(){std::coutSingleton constructed!\n;}~Singleton()default;Singleton(constSingleton)delete;Singletonoperator(constSingleton)delete;staticSingleton*instance;staticstd::once_flag onceFlag;public:staticSingletongetInstance(){std::call_once(onceFlag,‌[]{instancenewSingleton();});return*instance;}};Singleton*Singleton::instancenullptr;std::once_flag Singleton::onceFlag;还有一种方式将单例对象以局部静态对象的方式定义在函数内部C11可以保证多个线程不会同时进入静态变量的初始化流程。templatetypenameTclassSingleton{public:staticTGetInstance(){staticT instance;returninstance;}Singleton(T)delete;Singleton(constT)delete;voidoperator(constT)delete;protected:Singleton()default;virtual~Singleton()default;};2 饿汉模式饿汉模式采用直接定义静态对象的方法classSingleton{private:Singleton(){};Singleton(constSingleton){};//拷贝构造函数private:staticSingleton m_instance;public:staticSingletongetInstance(){returnm_instance;}};Singleton Singleton::m_instance;//静态对象类外定义//函数调用SingletoninstanceSingleton::GetInstance();上述代码实现简单可用于多线程。但是1如果存在多个单例对象且这几个单例对象相互依赖可能会出现程序崩溃的危险。原因:对编译器来说静态成员变量的初始化顺序和析构顺序是一个未定义的行为;具体分析在懒汉模式中也讲到了。2在程序开始时就创建类的实例如果Singleton对象产生很昂贵而本身有很少使用这种方式单从资源利用效率的角度来讲比懒汉式单例类稍差些。但从反应时间角度来讲则比懒汉式单例类稍好些。饿汉模式采用静态指针 类外初始化时new空间classSingleton{public:staticSingleton*GetInstance();private:Singleton(){}Singleton(constSingleton);private:staticSingleton*m_Instance;};//CPP文件Singleton*Singleton::m_InstancenewSingleton();//类外定义-不要忘记写Singleton*Singleton::GetInstance(){returnm_Instance;}