單例模式全面學習（C++版）
單例模式：用來創建獨一無二的，只能夠有一個實例的對象。 單例模式的結構是設計模式中最簡單的，但是想要完全實現一個線程安全的單例模式還是有很多陷阱的，所以面試的時候屬於一個常見的考點~
單例模式的應用場景：有一些對象其實只需要一個，比如：線程池，緩存，對話框，處理偏好設置和注冊表的對象，日志對象，充當打印機，顯卡等設備的驅動程序對象。這些對象只能夠擁有一個實例，如果創建出了多個實例，就會導致一些程序的問題。程序的行為異常，資源使用的過量，或者導致不一致的結果。常用來管理共享的資源，比如數據庫的連接或者線程池。
單例模式的類圖非常簡單，如下~，並且經典的實現也非常的簡單。
class Singleton {
public:
static Singleton* getInstance();
//析構的時候釋放資源~
~Singleton() {
if( (_instance != NULL)
delete _instance;
}
protected:
Singleton();
private:
static Singleton* _instance;
}
Singleton *Singleton::_instance = NULL;
Singleton* Singleton::getInstance() {
if( _instance == NULL) {
_instance = new Singleton();
}
return _instance;
}
經典的實現非常容易，但是存在一個問題，就是這個經典的實現非線程安全，多線程的情況下，這個單例模式的實現會出現問題~，如何解決呢？改進！
class Lock
{
private:
mutex mtex;
public:
Lock(mutex m) : mtex(m)
{
mtex.Lock();
}
~Lock()
{
mtex.Unlock();
}
};
class Singleton {
public:
static Singleton* getInstance();
//析構的時候釋放資源~
~Singleton() {
if( (_instance != NULL)
delete _instance;
}
protected:
Singleton();
private:
static Singleton* _instance;<br> static mutex m;
}
Singleton *Singleton::_instance = NULL;
Singleton* Singleton::getInstance() {<br> //check 之前進行臨界區加鎖操作<br> Lock lock(m);
if( _instance == NULL) {
_instance = new Singleton();
}
return _instance;
}
線程安全保證的一種方法及為在check _instance == NULL 之前進行臨界區加鎖，如果已經有一個線程進入訪問，其他線程必須等待，這樣就能夠保證多線程情況下實例的唯一！
but，互斥的同步會導致性能的降低，即使_instance已經不為空了，每次還是需要加鎖，這樣操作花費就比較多，性能必定比較差。
另外還有一些比較好的方法：
1.（非線程同步的方法）上面的操作均為一種lazy initialization的思想，及用到的時候在初始化，這樣程序效率比較高，但是有一個另外比較好的方法可以采用是提前初始化，將_instance設置為static之後直接初始化為Singleton對象，每次只需要執行返回操作即可。
這樣的話同樣會導致問題，就是如果單例本來資源比較多，但是不需要創建那麼早，就會消耗資源~。
class Singleton {
public:
static Singleton* getInstance();
//析構的時候釋放資源~
~Singleton() {
delete _instance;
}
protected:
Singleton();
private:
static Singleton* _instance;
}
Singleton *Singleton::_instance = new Singleton();
Singleton* Singleton::getInstance() {
return _instance;
}
2.另外一種提升因為同步導致的性能變差的方法稱為“雙重檢驗加鎖”。方法如下：
思路是只有在第一次創建的時候進行加鎖，當_instance不為空的時候就不需要進行加鎖的操作，這樣就可以提升性能~
class Lock
{
private:
mutex mtex;
public:
Lock(mutex m) : mtex(m)
{
mtex.Lock();
}
~Lock()
{
mtex.Unlock();
}
};
class Singleton {
public:
static Singleton* getInstance();
//析構的時候釋放資源~
~Singleton() {
if( (_instance != NULL)
delete _instance;
}
protected:
Singleton();
private:
static Singleton* _instance;
static mutex m;
}
Singleton *Singleton::_instance = NULL;
Singleton* Singleton::getInstance() {
//check 之前進行臨界區加鎖操作
//雙重檢驗加鎖
if(_instance == NULL ) {
Lock lock(m);
if( _instance == NULL) {
_instance = new Singleton();
}
}
return _instance;
}
總之，小小單例模式問題還是挺多的，面試官喜歡問的一個問題~，因為還是有很多陷阱的。
