一、單例模式定義：

保證一個類僅有一個例項，並提供一個訪問它的全域性訪問點，該例項被所有程式模組共享。

二、應用場景：

比如在某個伺服器程式中，該伺服器的配置資訊存放在一個檔案中，這些配置資料由一個單例物件統一讀取，然後服務程序中的其他物件再通過這個單例物件獲取這些配置資訊。這種方式簡化了在複雜環境下的配置管理。其他還有如系統的日誌輸出、MODEM的聯接需要一條且只需要一條電話線，作業系統只能有一個視窗管理器，一臺PC連一個鍵盤等等。

三、方式：

根據單例物件建立時間，可分為兩種模式：餓漢模式 + 懶漢模式。

• 懶漢模式：指全域性的單例例項在第一次被使用時構建。

• 餓漢模式：指全域性的單例例項在類裝載時構建。

四、程式碼實現

1.懶漢模式

class Singleton {
private:
	Singleton() {}  //建構函式是私有的
	static Singleton *instance;
public:
	static Singleton * GetInstance() {
		if(instance == nullptr)  //判斷是否第一次呼叫
			instance = new Singleton();
		return instance;
	}
};
Singleton * Singleton::instance = nullptr;

單例類Singleton有以下特徵：
它有一個指向唯一例項的靜態指標instance，並且是私有的；
它有一個公有的函式，可以獲取這個唯一的例項，並且在需要的時候建立該例項；
它的建構函式是私有的，這樣就不能從別處建立該類的例項。

2.懶漢模式+物件釋放

程式在結束的時候，系統會自動析構所有的全域性變數。事實上，系統也會析構所有的類的靜態成員變數，就像這些靜態成員也是全域性變數一樣。利用這個特徵，我們可以在單例類中定義一個這樣的靜態成員變數，而它的唯一工作就是在解構函式中刪除單例類的例項。如下面的程式碼中的Garbo類（Garbo意為垃圾工人）:

class Singleton {
private:
	Singleton() {}
	static Singleton *m_pInstance;
	class Garbo { //它的唯一工作就是在解構函式中刪除Singleton的例項
	public:
		~Garbo() {
			if(Singleton::m_pInstance)
				delete Singleton::m_pInstance;
		}
	};
	static Garbo garbo;  //定義一個靜態成員變數，程式結束時，系統會自動呼叫它的解構函式
public:
	static Singleton * GetInstance() {
		if(m_pInstance == nullptr)  //判斷是否第一次呼叫
			m_pInstance = new Singleton();
		return m_pInstance;
	}
};
Singleton * Singleton::m_pInstance = nullptr;
 

類Garbo被定義為Singleton的私有內嵌類，以防該類被在其他地方濫用。
程式執行結束時，系統會呼叫Singleton的靜態成員garbo的解構函式，該解構函式會刪除單例的唯一例項。
使用這種方法釋放單例物件有以下特徵：
在單例類內部定義專有的巢狀類；
在單例類內定義私有的專門用於釋放的靜態成員；
利用程式在結束時析構全域性變數的特性，選擇最終的釋放時機；
使用單例的程式碼不需要任何操作，不必關心物件的釋放。

3.餓漢式

使用區域性靜態變數，非常強大的方法，完全實現了單例的特性，而且程式碼量更少，也不用擔心單例銷燬的問題。

class Singleton {
private:
	Singleton() {} //建構函式是私有的
public:
	static Singleton & getInstance() {
		static Singleton instance = new Singleton(); //區域性靜態變數
		return instance;
	}
};

但是當以如下方法使用單例時問題來了：
Singleton singleton = Singleton::GetInstance();
這麼做就出現了一個類拷貝的問題，這就違背了單例的特性。產生這個問題原因在於：編譯器會為類生成一個預設的建構函式，來支援類的拷貝。
我們要禁止類拷貝和類賦值，禁止程式設計師用這種方式來使用單例：

class Singleton {
private:
	Singleton() {} //建構函式是私有的
	Singleton(const Singleton &);
	Singleton & operator = (const Singleton &);
public:
	static Singleton & GetInstance() {
		static Singleton instance = new Singleton(); //區域性靜態變數
		return instance;
	}
};

4.執行緒安全——雙重檢測鎖定（Double Checked Locking）

class Singleton {
private:
	Singleton() {}  //建構函式是私有的
	static Singleton *instance;
public:
	static Singleton * GetInstance() {
            if(instance == nullptr) { //判斷是否第一次呼叫
                lock();
                if(instance == nullptr)
                    instance = new Singleton();
                unlock();
            }
	    return instance;
	}
};
Singleton * Singleton::instance = nullptr;
 

DCL用於在多執行緒環境下保證單一建立Singleton物件。第一次check不用加鎖，但是第二次check和建立物件必須加鎖。由於編譯器可能會優化程式碼，亂序執行，可能導致DCL失效。例如：

m_Instance = new Singleton(); 這個語句會分成三步完成：

（1）分配記憶體，

（2）在已經分配的記憶體上呼叫建構函式建立物件，

（3）將物件賦值給指標m_Instance .

但是這個順序很可能會被改變為1，3，2。如果A執行緒在1，3執行完後，B執行緒執行第一個條件判斷if(m_Instance ==0),此時鎖不能起到保護作用。B執行緒會認為m_Instance 已經指向有效物件，可以去使用了。嘿嘿，災難發生。

volatile對於執行順序也沒有幫助，解決不了DCL的問題。

5.執行緒安全——pthread_once

template<typename T>
class Singleton : boost::noncopyable {
public:
    static T& getInstance() {
        pthread_once(&ponce_, &Singleton::init);
        return *value_;
    }
private:
    Singleton();
    ~Singleton();
    static void init() {
        value_ = new T();
    }
private:
    static pthread_once_t ponce_;
    static T*             value_;
};

template<typename T>
pthread_once_t Singleton<T>::ponce_ = PTHREAD_ONCE_INIT;

template<typename T>
T * Singleton<T>::value_ = nullptr;

參考《Linux多執行緒服務端程式設計》陳碩 2.5節。

使用pthread_once_t來保證執行緒安全。執行緒安全性由Pthreads庫保證。

沒有考慮物件的銷燬，在長時間執行的伺服器程式裡，這不是一個問題，反正程序也不打算正常退出。在短期執行的程式中，程式退出時自然就釋放所有資源了。