单例模式 | Leo's Blog

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单例模式

——类对象只能有一个实例的情况。
——线程池，缓存，对话框，处理偏好设置，注册表的对象。日志对象。充当打印机显卡等设备的驱动程序的对象。
——全局访问点：可以在需要时才创建对象；对比于全局变量。
——常被用来管理共享的全局资源（数据库连接池，线程池）

单例模式：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

考虑多线程的情况：
1.降低性能的同步方法

public class Singleton
{
 private static Singleton uniqueInstance;
 private Singleton(){}
 
 public static synchronized Singleton getInstance()
 {
  if(uniqueInstance == null)
  {
   uniqueInstance = new Singleton();
  }
  return uniqueInstance;
 }
}

2.不用延迟实例化

public class Singleton
{
 //静态初始化器，保证了线程安全
 private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
 private Singleton(){}
 
 public static Singleton getInstance()
 {
  return uniqueInstance;
 }
}

3.“双重检查加锁”

尚未创建实例时，才进行同步；只有第一次会同步。

public class Singleton
{
 private volatile static Singleton uniqueInstance;
 private Singleton(){}
 
 public static Singleton getInstance()
 {
  if(uniqueInstance == null)
  {
   Synchronized(Singleton.class)
   {
    if(uniqueInstance == null)
     uniqueInstance = new Singleton();
   }
  }
  return uniqueInstance;
 }
}

《Java单例模式探讨》
http://blog.csdn.net/it_man/article/details/5787567

【For last review before the interview】

《Java中的五种单例模式实现方法》
http://www.oschina.net/code/snippet_107039_6062

一、懒汉，常用的写法

class LazySingleton{
    private static LazySingleton singleton;
    private LazySingleton(){
    }
    public static LazySingleton getInstance(){
        if(singleton==null){
            singleton=new LazySingleton();
        }
        return singleton;
    }
}

二、恶汉,缺点：没有达到lazy loading的效果

1	class HungrySingleton{ private static HungrySingleton singleton=new HungrySingleton(); private HungrySingleton(){} public static HungrySingleton getInstance(){ return singleton; } }

三、静态内部类优点：加载时不会初始化静态变量INSTANCE，因为没有主动使用，达到Lazy loading

class InternalSingleton{
    private static class SingletonHolder{
        private final static InternalSingleton INSTANCE = new InternalSingleton();
    }
    private InternalSingleton(){}
 
    public static InternalSingleton getInstance(){
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

四、枚举，《Effective Java》作者推荐使用的方法，优点：不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。

1	enum EnumSingleton{ INSTANCE; public void doSomeThing(){ } }

五、双重校验锁，在当前的内存模型中无效

class LockSingleton{ 
private volatile static LockSingleton singleton; 
private LockSingleton(){} 

//详见：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-dcl.html 
public static LockSingleton getInstance(){ 
if(singleton==null){ 
synchronized(LockSingleton.class){ 
if(singleton==null){ 
singleton=new LockSingleton(); 
} 
} 
} 
return singleton; 
} 
}

单例类：Singleton模式
http://www.cnblogs.com/rush/archive/2011/10/30/2229565.html
——微软面试100题第72题：语法题。题目：设计一个类，我们只能生成该类的一个实例。
分析：是实现了Singleton模式的类型。

单例类的目的：Java中的多线程编程？

http://blog.csdn.net/hackbuteer1/article/details/7460019
《C++中的单例模式》
单例模式可能是使用最广泛的设计模式，意图是保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点，该实例被所有程序模块共享。

有很多地方需要这样的功能模块，如系统的日志输出，GUI应用必须是单鼠标，MODEM的联接需要一条且只需要一条电话线，操作系统只能有一个窗口管理器，一台PC连一个键盘。

《设计模式》一书中给出了一种很不错的实现，定义一个单例类，使用类的私有静态指针变量指向类的唯一实例，并用一个公有的静态方法获取该实例。
单例模式通过类本身来管理其唯一实例，这种特性提供了解决问题的方法。唯一的实例是类的一个普通对象，但设计这个类时，让它只能创建一个实例并提供对此实例的全局访问。唯一实例类Singleton在静态成员函数中隐藏创建实例的操作。习惯上把这个成员函数叫做Instance()，它的返回值是唯一实例的指针。

1 class CSingleton
2 {
3 private:
4 CSingleton() //构造函数是私有的
5 {
6 }
7 static CSingleton m_pInstance;
8 public:
9 static CSingleton GetInstance()
10 {
11 if(m_pInstance == NULL) //判断是否第一次调用
12 m_pInstance = new CSingleton();
13 return m_pInstance;
14 }
15 };
用户访问唯一实例的方法只有GetInstance()成员函数。
如果不通过这个函数，任何创建实例的尝试都将失败。
因为类的构造函数是私有的。
GetInstance()使用懒惰初始化，也就是说它的返回值是当这个函数首次被访问时被创建的。
这是一种防弹设计——所有GetInstance()之后的调用都返回相同实例的指针：
CSingleton p1 = CSingleton :: GetInstance();
CSingleton p2 = p1->GetInstance();
CSingleton & ref = * CSingleton :: GetInstance();
对GetInstance稍加修改，这个设计模板便可以适用于可变多实例情况，如一个类允许最多五个实例。

单例类CSingleton有以下特征：
它有一个指向唯一实例的静态指针m_pInstance，并且是私有的；
它有一个公有的函数，可以获取这个唯一的实例，并且在需要的时候创建该实例；
它的构造函数是私有的，这样就不能从别处创建该类的实例。

扩展延伸思考：
m_pInstance指向的空间什么时候释放呢？更严重的问题是，该实例的析构函数什么时候执行？
如果在类的析构行为中有必须的操作，比如关闭文件，释放外部资源，那么上面的代码无法实现这个要求。我们需要一种方法，正常的删除该实例。

可以在程序结束时调用GetInstance()，并对返回的指针掉用delete操作。这样做可以实现功能，但不仅很丑陋，而且容易出错。因为这样的附加代码很容易被忘记，而且也很难保证在delete之后，没有代码再调用GetInstance函数。

一个妥善的方法是让这个类自己知道在合适的时候把自己删除，或者说把删除自己的操作挂在操作系统中的某个合适的点上，使其在恰当的时候被自动执行。

我们知道，程序在结束的时候，系统会自动析构所有的全局变量。事实上，系统也会析构所有的类的静态成员变量，就像这些静态成员也是全局变量一样。利用这个特征，我们可以在单例类中定义一个这样的静态成员变量，而它的唯一工作就是在析构函数中删除单例类的实例。如下面的代码中的CGarbo类（Garbo意为垃圾工人）：
16 class CSingleton
17 {
18 private:
19 CSingleton()
20 {
21 }
22 static CSingleton m_pInstance;
23 class CGarbo //它的唯一工作就是在析构函数中删除CSingleton的实例
24 {
25 public:
26 ~CGarbo()
27 {
28 if(CSingleton::m_pInstance)
29 delete CSingleton::m_pInstance;
30 }
31 };
32 static CGarbo Garbo; //定义一个静态成员变量，程序结束时，系统会自动调用它的析构函数【静态成员变量的机制！】
33 public:
34 static CSingleton GetInstance()
35 {
36 if(m_pInstance == NULL) //判断是否第一次调用
37 m_pInstance = new CSingleton();
38 return m_pInstance;
39 }
40 };
CGarbo被定义为CSingleton的私有内嵌类，以防该类被在其他地方滥用。
程序运行结束时，系统会调用CSingleton的静态成员Garbo的析构函数，该析构函数会删除单例的唯一实例。
使用这种方法释放单例对象有以下特征：
–在单例类内部定义专有的嵌套类；
–在单例类内定义私有的专门用于释放的静态成员；
–利用程序在结束时析构全局变量的特性，选择最终的释放时机；
–使用单例的代码不需要任何操作，不必关心对象的释放。

但是添加一个类的静态对象，总是让人不太满意，所以有人用如下方法来重现实现单例和解决它相应的问题。
41 class CSingleton
42 {
43 private:
44 CSingleton() //构造函数是私有的
45 {
46 }
47 public:
48 static CSingleton & GetInstance()
49 {
50 static CSingleton instance; //局部静态变量
51 return instance;
52 }
53 };
使用局部静态变量，非常强大的方法，完全实现了单例的特性，而且代码量更少，也不用担心单例销毁的问题。

但使用此种方法也会出现问题，当如下方法使用单例时问题来了，
Singleton singleton = Singleton :: GetInstance();
这么做就出现了一个类拷贝的问题，这就违背了单例的特性。产生这个问题原因在于：编译器会为类生成一个默认的构造函数，来支持类的拷贝。

最后没有办法，我们要禁止类拷贝和类赋值，禁止程序员用这种方式来使用单例，当时领导的意思是GetInstance()函数返回一个指针而不是返回一个引用，函数的代码改为如下
54 class CSingleton
55 {
56 private:
57 CSingleton() //构造函数是私有的
58 {
59 }
60 public:
61 static CSingleton * GetInstance()
62 {
63 static CSingleton instance; //局部静态变量
64 return &instance;
65 }
66 };
但我总觉的不好，为什么不让编译器不这么干呢。这时我才想起可以显式的声明类拷贝的构造函数，和重载 = 操作符，新的单例类如下：
67 class CSingleton
68 {
69 private:
70 CSingleton() //构造函数是私有的
71 {
72 }
73 CSingleton(const CSingleton &);
74 CSingleton & operator = (const CSingleton &);
75 public:
76 static CSingleton & GetInstance()
77 {
78 static CSingleton instance; //局部静态变量
79 return instance;
80 }
81 };
关于Singleton(const Singleton);和 Singleton & operate = (const Singleton&);函数，需要声明成私有的，并且只声明不实现。
这样，如果用上面的方式来使用单例时，不管是在友元类中还是其他的，编译器都是报错。
不知道这样的单例类是否还会有问题，但在程序中这样子使用已经基本没有问题了。