設計模式的簡單理解——單例模式
阿新 • • 發佈:2019-03-31
對象 troy 添加 reads 註釋 實例 [] 多線程 分配 對象來使用。因為破窗效應,最終越來越亂,出現第一階段的情況。
簡單理解
單例模式是指進程生命期內,某個類型只實例化一個對象。這是一種通過語言特性實現的編程約束。如果沒有約束,那麽多人協同編碼時,就會出現非預期的情況。
下面以內存池做例子,假設其類型名為MemoryPool
。內存池的本意是統一管理全局內存,優化內存分配,提升性能,記錄內存分配信息方便追溯問題,需要全局只有一個實例對象。
第一階段:沒有任何約束
因為沒有任何約束,大家會各自實例化MemoryPool
對象來使用。最終一片混亂,根本達不到最初使用內存池的目的。
第二階段:編程語言外的約束
在MemoryPool
處添加註釋,告訴大家只能使用一個MemoryPool
的全局變量。剛開始還挺好,但總會有一些人不知道為什麽就自己實例化MemoryPool
第三階段:編程語言的約束
將MemoryPool
的構造函數、拷貝構造函數、賦值構造函數都設為私有,只允許使用者通過一個接口來獲取MemoryPool
對象。當有人想自己實例化MemoryPool
對象來使用時,編譯就會報錯。接口內只返回固定的一個已實例化的對象,完美!
實現
單例一般有兩種方式
- 程序初始化階段時構造單例對象:進入main()之前構造,沒有多線程問題,但不論是否使用都占用了資源
- 使用時才構造單例對象:使用時才占用資源,但需要註意多線程競爭問題
以下是C++實現的單例代碼
Singletion.h
#ifndef __SINGLETON_H__ #define __SINGLETON_H__ #include <mutex> /** * @brief 單例模板 * @detail 使用單例模式的類型需要將該模板設為友元類 */ template<typename T> class Singleton { public: static T* instance() { std::call_once( m_once, [](){ m_instance = new T; } ); return m_instance; } static void destroy() { if( NULL != m_instance ){ delete m_instance; m_instance = NULL; } return; } private: static T* m_instance; static std::once_flag m_once; }; template<typename T> T* Singleton<T>::m_instance = NULL; template<typename T> std::once_flag Singleton<T>::m_once; #endif
std::call_once()在Linux平臺調用的是pthread_once()。flag有三個狀態NEVER(0)、IN_PROGRESS(1)、DONE(2),其中使用了兩個帶LOCK前綴的指令:cmpxchg和incl。lock cmpxchg 將flag從0變為1,lock incl將flag從1變為2。lock鎖定特定內存地址,避免其他CPU讀取或者修改這個內存地址的值。
Adder.h
#ifndef __ADDER_H__ #define __ADDER_H__ #include "Singleton.h" #include <atomic> /** * @brief 累加器 * @detail 使用單例模式,全局累加器 */ class Adder { friend class Singleton<Adder>; public: Adder& operator<<(int32_t n) { m_num += n; return *this; } int32_t value() { return m_num; } private: Adder() { } Adder(Adder&); Adder& operator=(Adder&); private: std::atomic<int32_t> m_num; }; #endif
main.cpp
#include "Adder.h"
#include <thread>
#include <vector>
#include <iostream>
void worker()
{
int i = 1000000;
while( i-- ){
*(Singleton<Adder>::instance()) << 1;
}
return;
}
int main()
{
std::vector<std::thread> threads;
for( int i = 0; i < 10; ++i ){
std::thread t( worker );
threads.push_back( std::move( t ) );
}
for( int i = 0; i < 10; ++i ){
threads[i].join();
}
// 輸出等於1000萬
std::cout << Singleton<Adder>::instance()->value() << std::endl;
return 0;
}
設計模式的簡單理解——單例模式