[設計模式]單例模式

本文轉載自查看原文 2015-06-03 09:24 1067 設計模式

簡介

單例模式(Singleton Pattern)保證一個類只有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點。

單例模式是一種對象創建型模式 （可參考 設計模式創建型模式）。

單例模式是設計模式中最簡單的模式。它的用途就是使得類的一個對象成為系統中的 唯一實例。

結構

圖-單例模式結構圖

Singleton : 定義一個接口 Instance () 使得客戶端可以訪問它的唯一實例。

動機

在以下情況中，可以考慮應用單例模式：

保證一個類只有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點。

當唯一的實例應該對子類可擴展，並且用戶應該可以在不改變代碼的情況下使用擴展的實例。

實際應用場景

一些資源管理器常常設計成單例模式。

在計算機系統中，需要管理的資源包括軟件外部資源，譬如每台計算機可以有若干個打印機，但只能有一個Printer Spooler，以避免兩個打印作業同時輸出到打印機中。

每台計算機可以有若干通信端口，系統應當集中管理這些通信端口，以避免一個通信端口同時被兩個請求同時調用。任務管理器中難以啟動兩個相同的task。

要點

1、一個類只能有一個實例。

需要定義一個該類的 靜態私有變量，使這個類的所有對象都共用這個實例。

2、實例必須由類自行創建。

單例模式的類只能提供 私有的構造函數。如此，才能保證外部無法實例化這個類的對象。

3、必須提供獲取實例的方法。

單例模式的類必須提供一個公共的 靜態函數用於創建或獲取它本身的 靜態私有對象。

實例

1、懶漢式

你不找懶漢，懶漢根本就懶得去初始化自己的實例。

instance 初始時沒有初始化，只有當第一次調 getInstance() 時才創建實例。

缺點：當有兩個線程調 getInstance() 方法，當它們同時執行到 if (null == instance) 這行代碼， instance 為 null。

繼續向下執行，會生成兩個實例，違背了單例模式的初衷。

public class LazySingleton {
     private LazySingleton() {
        System.out.println("Singleton()");
    }

     private static LazySingleton instance = null;

     public static LazySingleton getInstance() {
         if ( null == instance) {
            instance = new LazySingleton();
        }
         return instance;
    }
}

2、餓漢式

餓漢根本等不及別人來找他，不管三七二十一先初始化了自身的實例，生怕自己餓着了。

類默認先直接初始化一個實例，以后調用 getInstance() 總是返回這個已創建好的實例。

缺點：在沒有必要獲取實例時，已經預先產生了開銷。

優點：規避了懶漢式方法的線程問題，不用顯示編寫線程安全代碼。

public class HungerSinleton {
     private HungerSinleton() {
        System.out.println("Singleton()");
    }

     private static HungerSinleton instance = new HungerSinleton();

     public static HungerSinleton getInstance() {
         return instance;
    }
}

3、雙重鎖的形式

如果既不想在沒有調用 getInstance() 方法時產生開銷，又不想發生線程安全問題，就可以采用雙重鎖的形式。

public class SyncSingleton {
     private SyncSingleton() {
        System.out.println("Singleton()");
    }

     private static SyncSingleton instance = null;

     public static SyncSingleton getInstance() {
         if ( null == instance) {
             synchronized(SyncSingleton. class) {
                 if ( null == instance) {
                    instance = new SyncSingleton();
                }
            }
        }
         return instance;
    }
}

注：在外面判斷了instance實例是否存在，為什么在鎖定后又要在內部又判斷一次？

這是因為，如果 instance 為 null 時有兩個線程同時調用 getInstance()，由於 synchronized 機制，只有一個線程可以進入，另一個需要等待。

這時如果沒有第二道 instance 是否為 null 的判斷，就可能發生第一個線程創建一個實例，而第二個線程又創建一個實例的情況。

C++版單例模式

下面是一個采用餓漢式的例子

#include " stdafx.h "
#include <iostream>
using namespace std;

class Singleton
{
private:
     static Singleton *m_instance;
    Singleton()
    {
        cout << " Singleton Construct " << endl;
    }
public:
     static Singleton* GetInstance()
    {
         return m_instance;
    }
};

Singleton* Singleton::m_instance = new Singleton();

int main()
{
     // Singleton *pSingletonA = new Singleton;   // 編譯會報錯，因為不能訪問私有函數
    Singleton *pSingletonA = Singleton::GetInstance();
    Singleton *pSingletonB = Singleton::GetInstance();

     if (pSingletonA == pSingletonB)
        cout << " Same Instance " << endl;
     return 0;
}

View Code

參考資料

《大話設計模式》

《HeadFirst設計模式》

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