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单例模式

很多时候，我们在程序设计的时候，对于某一类只需要生成其中一个对象。比如说对于MySQL数据库类来说，如果频繁的创建MySQL对象，那么会有海量的连接连接到MySQL数据库，对数据库来说是一个不小的负担。

但其实对于开发者来说，一个连接其实就能胜任与数据库的交互工作，这就是单例模式。

两种单例模式

而对于单例模式来说，又分为两种：懒汉式、饿汉式

两种单例模式：
懒汉式： 当获取实例对象时，对象才产生
饿汉式： 还没有获取实例对象时，对象已经产生了

饿汉式

可能大家已经想到了，利用static修饰的变量属于类这一特性来实现。确实也是这么做的：

1.构造函数私有化
2.定义static修饰的唯一实例对象
3.类外初始化
4.类中提供一个供外界获取的static接口

class  Singleton
{
   
public:
	static Singleton* get_instance()
	{
   
		return &instance;
	}
private:
	static Singleton instance;	//唯一对象
	Singleton() //构造函数私有化
	{
   
	}

	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton operator=(const Singleton&) = delete;
};

Singleton Singleton::instance;

这里我们可以看到，无论是多线程还是单线程，对于饿汉式来说，都是线程安全的。

懒汉式

既然有了饿汉式，而且饿汉式在多线程方面还是近乎完美的，那么又要懒汉式单例模式干什么呢？

设想一种情况：一个项目中有很多需要单例设计的类，如果其中大部分类呢又用不到，但是饿汉式会让他们都生成实例对象，这样就造成了内存资源一种浪费。

所以就需要懒汉式设计模式：

1.构造函数私有化
2.类中设计一个static修饰的指针并在类外初始化
3.提供一个供外部访问的static修饰的函数接口
4.函数接口中实现new一个实例对象

mutex g_mutex;
class  Singleton
{
   
public:
	static Singleton* get_instance()
	{
   
		if (instance == nullptr)
		{
   
			lock_guard<mutex> lock(mutex);
			if (instance == nullptr)
			{
   
				instance = new Singleton();
			}
		}
		return instance;
	}
private:
	static Singleton *volatile instance;	//唯一对象指针
	//volatile 编译器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份
	
	Singleton() //构造函数私有化
	{
   
	}

	Singleton(const Singleton&) = delete;
	Singleton operator=(const Singleton&) = delete;
};
static Singleton* volatile instance = nullptr;	//唯一对象

可以看到，我这里是加了一把锁g_mutex的，而且在对外提供的static函数接口内实现了双重 if 判断，这是因为，如果不加锁的话：

static Singleton* get_instance()
{
   
	if (instance == nullptr)
	{
   
		instance = new Singleton();
	}
	return instance;
}

试想一种情况：如果两个线程同时进入get_instance函数，并且此时他们进入时的instance都是nullptr，那么这两个线程都会new一个Singleton对象，但是instance只能去指向其中的一个，这样就会造成有一个Singleton的内存泄漏。

而在锁后又加一层 if 判断的原因是：

if (instance == nullptr)
{
   
	lock_guard<mutex> lock(mutex);
	if (instance == nullptr)
	{
   
		instance = new Singleton();
	}
}

还是两个线程，进入都判断instance为nullptr，都通过了第一个if，其中线程A获得锁，创造了一个Singleton对象，然后释放锁；线程B 获得锁，如果不加第二个 if 的话无疑会再次创造一个实例对象，这是我们不希望看见的。

参考文献

[1] 施磊．C++高级．图论科技.2020.7．