设计模式之单例模式（C++代码实现）

1、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。

2、应用场景：

共享数据或者共享访问点；

创建一个对象需要消耗的资源过多，如访问IO和数据库等资源；

需要定义大量的静态常量和静态方法（工具类）

单例模式的应用场景：有一些对象其实只需要一个，比如：windows Task Manager （任务管理器）、windows 回收站、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。

3、优缺点：

优点：一个实例，减少内存开销；减少系统开销；避免对一个资源的多重占用；设置全局访问点，优化和贡献资源。

缺点：没有借口，扩展性差；不利于测试；与单一职责原则有冲突，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。

4、实现

1、经典实现（线程不安全）

class Singleton
{
public:
static Singleton* getInstance();
protected:
Singleton(){}
private:
static Singleton *p;
};

Singleton* Singleton::p = NULL;
Singleton* Singleton::getInstance()
{
if (NULL == p)
p = new Singleton();
return p;
}

1、当两个线程运行至if(instance==NULL)时，可能产生线程安全问题。

改进：在用到的时候在初始化，这样程序效率比较高，但是有一个另外比较好的方法可以采用是提前初始化，将Instance设置为static之后直接初始化为Singleton对象，每次只需要执行返回操作即可。

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

protected:

Singleton();

private:
static Singleton *instance;
};

//对单例直接进行初始化，而不再方法Instance中进行判断。

Singleton* Singleton::instance = new Singleton;

Singleton* Singleton::getInstance()

{

　　return instance;

}
这样的话同样会导致问题，就是如果单例本来资源比较多，但是不需要创建那么早，就会消耗资源~

2、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：

class Singleton {
public:
static Singleton* getInstance();
protected:
Singleton();
private:
static Singleton* instance;
}

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();
if( instance == NULL) {
instance = new Singleton();
}
Unlock();
}
return _instance;
}

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~

2、懒汉模式与饿汉模式

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

区别：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。

1.加锁实现线程安全的懒汉模式

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

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

2.内部静态变量实现懒汉模式

class Singleton
{
public:
static pthread_mutex_t mutex;
static Singleton* getInstance();
protected:
Singleton()
{
pthread_mutex_init(&mutex);
}
};

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

饿汉模式

class Singleton
{
public:
static Singleton* getInstance();
protected:
Singleton(){}
private:
static Singleton* p;
};

Singleton* Singleton::p = new Singleton;
Singleton* Singleton::getInstance()
{
return p;
}