文章目录
- [一. 介绍](#一. 介绍)
- [二. 饿汉模式](#二. 饿汉模式)
- [三. 懒汉模式](#三. 懒汉模式)
- [四. 饿汉模式和懒汉模式对比](#四. 饿汉模式和懒汉模式对比)
一. 介绍
单例模式是属于设计模式的一种,那什么是设计模式呢?
设计模式(Design Pattern)是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类的、代码设计经验的总结 。为什么会产生设计模式这样的东西呢?就像人类历史发展会产生兵法一样。最开始部落之间打仗时都是人拼人的对
砍;后来春秋战国时期,七国之间经常打仗,就发现打仗也是有套路的,后来孙子就总结出了《孙子兵法》。孙子兵法就类似于一种打仗的"设计模式"。
使用设计模式的目的:为了代码可重用性、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 设计模式使代码编写真正工程化;设计模式是软件工程的基石脉络,如同大厦的结构一样。
一个类只能创建一个对象,即单例模式。该模式可以保证全局(一个进程中)只有一个唯一的实例对象,并提供一个访问它的全局访问点,该实例对象可以被所有线程访问到。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。
单例模式有两种实现:饿汉模式 和 懒汉模式
二. 饿汉模式
介绍:就是说不管你将来用或者不用,程序启动时(即 main 函数执行之前)就会创建单例对象。
特点:如果这个单例对象在多线程高并发环境下频繁使用,性能要求较高,那么显然使用饿汉模式来避免资源竞争,提高响应速度会更好。
实现方法:
- 构造函数私有:防止外部构造单例对象
- 防拷贝:禁用拷贝构造和赋值运算符重载函数,防止外部拷贝单例类对象
- 提供接口:在单例类中定义一个自身类的静态对象,这个对象就是单例对象,设计一个静态方法返回这个单例对象的地址给外部。
通过上面三步就能做到一个类只能创建一个对象,且同一进程下的各线程可以通过一个统一的接口拿到这个实例对象。
代码示例
cpp
class Singleton
{
public:
// 提供访问单例对象的接口
Singleton* GetInstance()
{
return &_inst;
}
private:
// 单例对象
static Singleton _inst;
// 构造函数私有
Singleton();
// 放拷贝
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(Singleton&) = delete;
};
// 单例对象存储在静态区中
// 在程序入口之前就完成单例对象的初始化
Singleton Singleton::_inst;
补充说明
三. 懒汉模式
介绍:如果单例对象构造十分耗时或者占用很多系统资源,比如加载数据库啊, 初始化网络连接啊,读取文件啊等等,而且有可能该对象在程序运行时不会用到,那么也要在程序一开始就进行初始化,就会导致程序启动时非常的缓慢。 所以这种情况使用懒汉模式(延迟加载)更好。
特点:第一次使用实例对象时,才会创建对象,进程启动无负载。且当系统中有多个单例实例时,启动顺序可以自由控制。
实现方法:
- 防构造:把构造函数私有,这样外部就不能实例化对象
- 防拷贝:禁用拷贝构造和赋值运算负重载函数,防止外部对我们的单例对象进行拷贝
- 提供一个
GetInstance()
接口获取单例对象
代码示例
cpp
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance()
{
// 保护第一次需要加锁,后面都不需要加锁的场景,可以使用双检查加锁
// 特点:第一次需要加锁,后面不再加锁,保护线程安全,同时提高了效率
if (_inst == nullptr)
{
_mtx.lock();
if (_inst == nullptr)
{
_inst = new Singleton();
}
_mtx.unlock();
}
return _inst;
}
private:
static mutex _mtx;// 互斥锁
static Singleton* _inst;// 单例对象指针
// 防构造(把构造函数设为私有)
Singleton() {};
// 防拷贝(禁用拷贝构造)
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;// 防拷贝(禁用赋值运算负重载)
};
// 静态成员初始化
mutex Singleton::_mtx;
Singleton* Singleton::_inst = nullptr;
其他版本的懒汉
利用静态对象的特性:
- 静态对象的初始化语句只会执行一次
- 创建一个静态对象的过程是原子的
这样我们可以不用加锁,直接在接口中创建一个静态单例对象,然后返回单例对象的地址给外部即可。
cpp
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance()
{
// 静态对象的初始化只会执行一次
static Singleton _inst;
return &_inst;
}
private:
Singleton() {};
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
};
缺点:
- 单例对象创建在静态区,如果单例对象过大,存储在静态区不太合适
- 因为它在静态区,所以我们无法主动释放单例对象
四. 饿汉模式和懒汉模式对比
饿汉
- 优点:简单
- 缺点:
- 如果单例对象构造函数的工作较多,会导致程序启动慢,迟迟进不了入口 main 函数
- 如果系统中有多个单例对象,且它们之间有初始化的耦合关系,饿汉模式无法控制它们的初始化顺序
懒汉
- 优点:需要时才调用,可以达到延迟加载的效果
- 确定:相对于饿汉,实现起来更复杂,需要加锁和双检查