动机
- 在软件系统中,经常有这样一些特殊的类,必须保证它们在系统中只存在一个实例,才能确保它们的逻辑正确性、以及良好的效率。
- 如何绕过常规的构造器,提供一种机制来保证一个类只有一个实例?
- 这应该是类设计者的责任,而不是使用者的责任。
模式定义
保证一个类只有一个实例,并提供一个该实例的全局访问点。
结构
要点总结
- Singleton模式中的实例构造器可以设置为protected以允许子类派生。
- Singleton模式一般不要支持拷贝构造函数和Clone接口,因为这有可能导致多个对象实例,与Singleton模式的初衷违背。
- 如何实现多线程环境下安全的Singleton?注意对双检查锁的正确实现。
示例代码
class Singleton{ private: Singleton(); Singleton(const Singleton& other); public: static Singleton* getInstance(); static Singleton* m_instance; }; Singleton* Singleton::m_instance=nullptr; //线程非安全版本 Singleton* Singleton::getInstance() { if (m_instance == nullptr) { m_instance = new Singleton(); } return m_instance; } //线程安全版本,但锁的代价过高 Singleton* Singleton::getInstance() { Lock lock; if (m_instance == nullptr) { m_instance = new Singleton(); } return m_instance; } //双检查锁,但由于内存读写reorder不安全 Singleton* Singleton::getInstance() { if(m_instance==nullptr){ Lock lock; if (m_instance == nullptr) { m_instance = new Singleton(); } } return m_instance; } //C++ 11版本之后的跨平台实现 (volatile) std::atomic<Singleton*> Singleton::m_instance; std::mutex Singleton::m_mutex; Singleton* Singleton::getInstance() { Singleton* tmp = m_instance.load(std::memory_order_relaxed); std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire);//获取内存fence if (tmp == nullptr) { std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex); tmp = m_instance.load(std::memory_order_relaxed); if (tmp == nullptr) { tmp = new Singleton; std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release);//释放内存fence m_instance.store(tmp, std::memory_order_relaxed); } } return tmp; }