Head First 設計模式(C++實現):單例模式:Singleton
阿新 • • 發佈:2019-01-23
單例模式:確保一個類只有一個例項,並提供一個全域性訪問點
1 .經典單例模式實現
我們都很清楚一個簡單的單例模式該怎樣去實現:建構函式宣告為private或protect防止被外部函式例項化,內部儲存一個private static的類指標儲存唯一的例項,例項的動作由一個public的類方法代勞,該方法也返回單例類唯一的例項。
程式碼如下:
class singleton { protected: singleton(){} private: static singleton* p; public: static singleton* instance(); }; singleton* singleton::p = NULL; singleton* singleton::instance() { if (p == NULL) p = new singleton(); return p; }
這是一個很棒的實現,簡單易懂。但這是一個完美的實現嗎?不!該方法是執行緒不安全的,考慮兩個執行緒同時首次呼叫instance方法且同時檢測到p是NULL值,則兩個執行緒會同時構造一個例項給p,這是嚴重的錯誤!同時,這也不是單例的唯一實現!
2 懶漢與餓漢
單例大約有兩種實現方法:懶漢與餓漢。懶漢在Head First設計模式中稱為“延遲例項化”,餓漢稱為“急切例項化”。
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- 懶漢:故名思義,不到萬不得已就不會去例項化類,也就是說在第一次用到類例項的時候才會去例項化,所以上邊的經典方法被歸為懶漢實現;
- 餓漢:餓了肯定要飢不擇食。所以在單例類定義的時候就進行例項化。
特點與選擇:
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- 由於要進行執行緒同步,所以在訪問量比較大,或者可能訪問的執行緒比較多時,採用餓漢實現,可以實現更好的效能。這是以空間換時間。
- 在訪問量較小時,採用懶漢實現。這是以時間換空間。
3 執行緒安全的懶漢實現(延遲建立例項)
執行緒不安全,怎麼辦呢?最直觀的方法:加鎖。
方法1:加鎖的經典懶漢實現(雙重檢查加鎖):
class singleton { protected: singleton() { pthread_mutex_init(&mutex); } private: static singleton* p; public: static pthread_mutex_t mutex; static singleton* initance(); }; pthread_mutex_t singleton::mutex; singleton* singleton::p = NULL; singleton* singleton::initance() { if (p == NULL)//檢查例項,如果不存在,進入同步區塊 { //注意:只有一次徹底執行這裡的程式碼 pthread_mutex_lock(&mutex); if (p == NULL)// 進入區塊後在檢查一次,如果仍是NULL,才建立例項 p = new singleton(); pthread_mutex_unlock(&mutex); } return p; }
方法2:內部靜態變數的懶漢實現
此方法也很容易實現,在instance函式裡定義一個靜態的例項,也可以保證擁有唯一例項,在返回時只需要返回其指標就可以了。推薦這種實現方法,真得非常簡單。
class singleton
{
protected:
singleton()
{
pthread_mutex_init(&mutex);
}
public:
static pthread_mutex_t mutex;
static singleton* initance();
int a;
};
pthread_mutex_t singleton::mutex;
singleton* singleton::initance()
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
static singleton obj;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return &obj;
}
4 餓漢實現 (急切建立例項)
為什麼我不講“執行緒安全的餓漢實現”?因為餓漢實現本來就是執行緒安全的,不用加鎖。為啥?自己想!
class singleton
{
protected:
singleton(){}
private:
static singleton* p;
public:
static singleton* initance();
};
singleton* singleton::p = new singleton;
singleton* singleton::initance()
{
return p;//已經有例項化了,直接使用它
}
在靜態初始化器中建立單例,保證了執行緒安全
參考書籍:《Head First設計模式》