设计模式介绍之二：单例模式(Singleton)

先介绍最简单最常见的设计模式： singleton （单例）。

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

已知应用举例

• Qt， QCoreApplication
• Java， Runtime.getRuntime()

常见问题

• 多线程重入与竞争会造成 2 个或多个实例被构建
• 找不到合适的时机释放单例，可以考虑 atexit

适用环境

• 某个类必须只有一个实例，且又须被客户访问
• 实例可以被子类扩展，但客户无需因此修改代码

单例的经典实现

这里提供一个延迟加载的单例实现（非延迟加载的单例实现，包括静态类、全局静态实例等）。头文件如下：

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

源文件如下：

Singleton * Singleton::_instance = 0;
Singleton * Singleton::instance()
{
    if(!_instance)
    {
        _instance = new Singleton();
    }
    return _instance;
}

问题讨论

上面的实现有几个常见的问题需要讨论。

第一个是多线程带来的问题，假如我们在 2 个以上的线程中调用 Singleton::instance() 方法，当在线程 A 中执行到 if 语句后，发生线程切换，切换到 B ，而在线程 B 执行到 if 语句后再次发生线程切换，切换到 C ，......，好啦，问题出现了，至多会出现与线程数目相当的实例，而且每个线程在函数 instance() 第一次被调用后返回的是不同的实例。这个问题有两个解决办法：加锁，或者双重检测。

先说加锁，这个从逻辑上没有问题，可行。但是有性能问题，不推荐。

双重检测的基本思想是做两次非空判断，if 之后再来一次 if ，大家可以 google 之。

第二个是对象拷贝，上面的实现没有把拷贝构造函数、赋值操作符设置为私有且不进行实现，这样就存在客户程序员对 singleton 实例进行赋值操作的可能。

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好啦，单例就介绍到这里，多数情况下，单例会和其他设计模式一起使用，如工厂模式，我们会把工厂作为一个单例来实现。