设计模式之单件模式

单件模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。在某些特殊情况下，我们需要保证某个类最多只可能存在一个实例对象，如线程池，资源等。单件模式我们可以通过把类的构造函数设为私有类型，然后提供一个公有静态方法产生实例。类图如下：

如果程序中只有单线程，我们不需要考虑线程竞争的情况，这样我们很容易通过下面程序实现一个单件类

//单线程版本 #include "stdafx.h" #include <iostream> #include <memory> using namespace std; class SingleTon{ private: static shared_ptr<SingleTon> uniqueInstance; SingleTon(){}; int val; public: static shared_ptr<SingleTon> getInstance() { if (uniqueInstance==nullptr) { uniqueInstance=shared_ptr<SingleTon>(new SingleTon()); } return uniqueInstance; } void setVal(int value) { val=value; } void outPutInfo() { cout<<"变量Val="<<val<<endl; } }; shared_ptr<SingleTon> SingleTon::uniqueInstance=nullptr; int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { static shared_ptr<SingleTon> SingleTonA=SingleTon::getInstance(); SingleTonA->setVal(10); SingleTonA->outPutInfo(); static shared_ptr<SingleTon> SingleTonB=SingleTon::getInstance(); SingleTonB->setVal(20); SingleTonB->outPutInfo(); SingleTonA->outPutInfo(); return 0; }程序运行结果如下：

从程序和结果中我们可以看出SingleTon类只有第一次被调用getInstance方法时会生成一个实例对象，之后调用该方法返回的是第一次生成的实例对象。

上述程序如果放到多线程环境下就可能出现问题，因为当第一个线程执行完语句if (uniqueInstance==nullptr)之后还没来得及产生对象，第二线程马上执行语句

if (uniqueInstance==nullptr)，此时if条件是成立的，这样就会有两个对象产生。为了避免多线程竞争，我们可以引入临界区，在产生对象前加锁，产生对象后解锁，但是我们要清楚利用临界区来同步是会耗费系统资源的，而且我们这个类并不是每次都需要同步，当对象已经创建好之后，就不存在竞争问题了。所以这里我采用的是'"双重检查加锁"来达到只有第一次同步的目的。具体程序如下：

#include "stdafx.h" #include <iostream> #include <memory> #include <Windows.h> using namespace std; //自定义临界区类 class MyCriticalSection{ public: MyCriticalSection() { InitializeCriticalSection(&m_cs); } ~MyCriticalSection() { DeleteCriticalSection(&m_cs); } void lock() { EnterCriticalSection(&m_cs); } void unLock() { LeaveCriticalSection(&m_cs); } private: CRITICAL_SECTION m_cs; }; class SingleTon{ private: static shared_ptr<SingleTon> uniqueInstance; static MyCriticalSection m_critcal; SingleTon(){}; int val; public: static shared_ptr<SingleTon> getInstance() { if (uniqueInstance==nullptr) { m_critcal.lock(); if (uniqueInstance==nullptr) { uniqueInstance=shared_ptr<SingleTon>(new SingleTon()); } m_critcal.unLock(); } return uniqueInstance; } void setVal(int value) { val=value; } void outPutInfo() { cout<<"变量Val="<<val<<endl; } }; shared_ptr<SingleTon> SingleTon::uniqueInstance=nullptr; MyCriticalSection SingleTon::m_critcal; int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) { shared_ptr<SingleTon> SingleTonA=SingleTon::getInstance(); SingleTonA->setVal(10); SingleTonA->outPutInfo(); shared_ptr<SingleTon> SingleTonB=SingleTon::getInstance(); SingleTonB->setVal(20); SingleTonB->outPutInfo(); SingleTonA->outPutInfo(); return 0; }运行结果和第一个程序相同。