单例模式
一、动机
1.在软件中经常有这样一些特殊的类，必须保证他们在系统中只存在一个实例，才能确保他们的逻辑正确性以及良好的效率
2.如何绕过常规的构造器，提供一种机制保证一个类只有一个实例
3.这个是类设计者的责任而不是使用者
二、介绍
意图： 保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
主要解决： 一个全局使用的类频繁地创建与销毁。
何时使用： 当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。
如何解决： 判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。
关键代码： 构造函数是私有的。
应用实例：
- 1、一个班级只有一个班主任。
- 2、Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
- 3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。
优点：
- 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。
- 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。
**缺点：**没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。
使用场景：
- 1、要求生产唯一序列号。
- 2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
- 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。
注意事项： getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。
三、结构
四、要点总结
1.单例模式中的实例构造器修改为protected ，允许子类派生
2.单例一般不支持拷贝构造和clone接口
3.需要注意线程安全
五、代码展示
class Singleton{ private: Singleton(); Singleton(const Singleton& other); public: static Singleton* getInstance(); static Singleton* m_instance; }; Singleton* Singleton::m_instance=nullptr; //线程非安全版本 Singleton* Singleton::getInstance() { if (m_instance == nullptr) { m_instance = new Singleton(); } return m_instance; } //线程安全版本，但锁的代价过高 Singleton* Singleton::getInstance() { Lock lock; if (m_instance == nullptr) { m_instance = new Singleton(); } return m_instance; } //双检查锁，但由于内存读写reorder不安全 Singleton* Singleton::getInstance() { if(m_instance==nullptr){ Lock lock; if (m_instance == nullptr) { m_instance = new Singleton(); } } return m_instance; } //C++ 11版本之后的跨平台实现 (volatile) std::atomic<Singleton*> Singleton::m_instance; std::mutex Singleton::m_mutex; Singleton* Singleton::getInstance() { Singleton* tmp = m_instance.load(std::memory_order_relaxed); std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire);//获取内存fence if (tmp == nullptr) { std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex); tmp = m_instance.load(std::memory_order_relaxed); if (tmp == nullptr) { tmp = new Singleton; std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release);//释放内存fence m_instance.store(tmp, std::memory_order_relaxed); } } return tmp; } // (饿汉模式是在栈上分配控件实现) class Singleton { public: static Singleton & getInstance() { static Singleton instance; return instance; } protectd: Singleton(); }
