设计模式之单例模式

John_ToDebug2024-09-26 10:26

前言

面向对象很好地解决了 "抽象" 的问题，但是不可避免的要付出一定的代价。对于通常情况来讲，面向对象的成本大都可以忽略不计。但是某些情况，面向对象所带来的成本必须谨慎处理

定义

"对象性能" 模式。保证一个类只有一个实例，并提供一个该实例的全局访问点

动机

在软件系统中，经常有这样一些特殊的类，必须保证它们在系统中只存在一个实例，才能确保它们的逻辑正确性、以及良好的效率

如何绕过常规的构造器，提供一种机制来保证一个类只有一个实例？

这应该是类设计者的责任，而不是使用者的责任

案例

代码

cpp 复制代码

atomic<Singleton*> Singleton::m_instance;

Singleton *Singleton::getInstance() {
    Singleton *tmp = m_instance.load(std::memory_order_relaxed);
    std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire); // 获取内存屏障
    if (tmp == nullptr) { // double check 避免性能问题
        Lock lock;
        tmp = m_instance.load(std::memory_order_relaxed);
        if (tmp == nullptr) { // 这个判断不能去掉，否则会出现多个线程创建多个实例的情况
            tmp = new Singleton(); // 编译器优化 or CPU 指令reorder
            // c++11 之后实现
            std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release); // 释放内存屏障
            m_instance.store(tmp, std::memory_order_relaxed);
        }
    }

    return tmp;
}

// 单例跟共享指针混用
static std::shared_ptr<T>& GetSharedInstance() {
    std::call_once(singletonFlag, [&] {
       //s_singleton_ = std::make_shared<T>();
       struct make_shared_helper : public T {
           make_shared_helper() : T() {}
       };
       s_singleton_ = std::make_shared<make_shared_helper>();
    });
    return s_singleton_;
}

类图

总结

单例模式中的实例构造器可以设置为protected以允许子类派生

单例模式一般不要支持拷贝构造函数和Clone接口，因为这有可能导致多个对象实例，与单利模式的初衷违背

如何实现多线程下安全的单例？注意对双检查锁的正确实现