设计模式——单例模式

你肯定被面过这样一个问题：C++中如何实现一个类只能实例化一个对象？

单例模式可以保证一个类只能实例化一个对象！单例模式的核心结构中只包含一个被称为单例的特殊类。

防止用户随意的调用构造函数，将类的构造函数写成私有的，给用户提供返回对象的方法，在调用时不能依赖对象。

• 版本一： 懒加载（不论是否使用，都要初始化）

class Singleton{public:    static Singleton& getInstance()    {        return singlenton;    }private:    Singleton() {};    static Singleton singlenton;};Singleton Singleton::singlenton = Singleton::getInstace() ;//不论是否使用，程序运行后，对象已存在

• 版本二：快加载（使用时候才初始化）

class Singleton{public:    static Singleton* getInstance()    {        if(psingleTon == NULL)        {            psingleTon = new Singleton();        }        return psingleTon;    }private:    Singleton(){}    static Singleton *psingleTon;};Singleton* Singleton::psingleTon = NULL;/快加载int main(){    //需要时调用getInstance方法new对象    psingleTon *p1 = Singleton::getInstance();}   

• 版本三：考虑多线程安全问题，使用互斥锁同步

判断是否是线程安全的——是否存在竟态条件（存在竟态条件，非线程安全的）

判断是否存在竟态条件——随着线程调度顺序不同，程序结果是否相同（不相同，存在竟态条件）

存在竟态条件的代码区称为临界区

临界区的代码必须是原子操作

实现原子操作要使用互斥锁

class Singleton{public:    static Singleton* getInstance()    {        //保证多线程下，new对象是原子操作        pthread_mutex_lock(&mutex);        if(psingleTon == NULL)        {            psingleTon = new Singleton();        }        pthread_mutex_unlock(&mutex);        return psingleTon;    }private:    Singleton(){}    static Singleton *psingleTon;};Singleton* Singleton::psingleTon = NULL;//快加载int main(){    Singleton *p1 = Singleton::getInstance();    Singleton *p2 = Singleton::getInstance();//不new    Singleton *p3 = Singleton::getInstance();//不new}

• 版本四：存在单线程和多线程两种情况，解决单线程加锁解锁的效率问题，使用双重if判断

单线程时，只执行一次加锁加锁的情况，其他第一个if语句都为false，直接return。
多线程时，依然考虑线程安全和竟态条件

class Singleton{public:    static Singleton* getInstance()    {        if(NULL == psingleTon)//懒加载        {            pthread_mutex_lock(&mutex);//多线程安全问题            if(NULL == psingleTon)//单线程实现效率问题            {                psingleTon = new Singleton();            }            pthread_mutex_unlock(&mutex);        }        return psingleTon;    }private:    Singleton(){}    static Singleton *psingleTon;};Singleton* Singleton::psingleTon = NULL;int main(){    Singleton *p1 = Singleton::getInstance();//加锁，new    Singleton *p2 = Singleton::getInstance();//直接return     Singleton *p3 = Singleton::getInstance();//直接return }

• 版本五 考虑编译器的指令优化和CPU的动态指令优化

volatile，阻止编译器为了提高速度，将变量值缓存到寄存器中，
每次直接从寄存器中取数据

volatile，阻止编译器对指令进行动态换序优化

barrier阻止CPU对指令进行动态换序优化

class Singleton{public:    volatile static Singleton* getInstance()    {        if(NULL == psingleTon)//懒加载        {            pthread_mutex_lock(&mutex);//多线程安全问题            if(NULL == psingleTon)//单线程实现效率问题            {                psingleTon = new Singleton();            }            pthread_mutex_unlock(&mutex);        }        return psingleTon;    }private:    Singleton(){}    volatile static Singleton *psingleTon;//防止编译器缓存值};volatile Singleton* Singleton::psingleTon = NULL;int main(){    Singleton *p1 = Singleton::getInstance();//加锁，new    Singleton *p2 = Singleton::getInstance();//直接return     Singleton *p3 = Singleton::getInstance();//直接return }