c語(yǔ)言設(shè)計(jì)模式之單例模式中的餓漢與懶漢詳解
設(shè)計(jì)模式
設(shè)計(jì)模式是一套反復(fù)使用、多人知曉、經(jīng)過(guò)分類的代碼設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。
如單例模式、工廠模式、觀察者模式等等。
單例模式
單例模式是指一個(gè)類只能創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，保證系統(tǒng)中該類只有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)可供訪問(wèn)的全局訪問(wèn)點(diǎn)，該實(shí)例被所有程序模塊共享，其中單例模式又分為了餓漢模式和懶漢模式兩種實(shí)現(xiàn)方式。
應(yīng)用
- 需要頻繁實(shí)例化然后銷毀的對(duì)象。
- 創(chuàng)建對(duì)象時(shí)耗時(shí)過(guò)多或者耗資源過(guò)多，但又經(jīng)常用到的對(duì)象。
- 有狀態(tài)的工具類對(duì)象。
- 頻繁訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)或文件的對(duì)象。
資源共享：
避免由于資源操作時(shí)導(dǎo)致的性能或損耗等。如日志文件，應(yīng)用配置等...
控制資源：
方便資源之間的互相通信。如線程池等...
實(shí)現(xiàn)
基本思想：
構(gòu)造函數(shù)為private私有屬性全局唯一公共訪問(wèn)點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建對(duì)象，函數(shù)為public屬性為了使用方便增加一個(gè)GC輔助類來(lái)釋放資源
餓漢模式
餓漢顧名思義就是很饑餓，迫不及待想吃東西，所以這種實(shí)現(xiàn)方式就是：無(wú)論以后對(duì)象會(huì)不會(huì)用到，程序一啟動(dòng)時(shí)就創(chuàng)建一個(gè)唯一的實(shí)例對(duì)象
- 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，線程安全
- 缺點(diǎn)：可能導(dǎo)致進(jìn)程啟動(dòng)慢、多個(gè)單例對(duì)象實(shí)例啟動(dòng)順序不可控
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
class Singleton
{
public:
//提供靜態(tài)公有方法，可以類名加域名訪問(wèn)，返回對(duì)象指針
static Singleton* GetInstance()
{
return m_instance;
}
class GCarbo
{
public:
~GCarbo()
{
cout << "delete instance" << endl;
if (nullptr != m_instance){
delete Singleton::m_instance;
m_instance = nullptr;
}
}
};
private:
//構(gòu)造函數(shù)私有
Singleton(){
cout << "Singleton" << endl;
};
//防拷貝
//C++98
//Singleton(Singleton const&);
//Singleton& operator=(Singleton const&);
//C++11
Singleton(Singleton const&) = delete;
Singleton& operator=(Singleton const&) = delete;
static Singleton *m_instance;
static GCarbo Carbo;
};
//在程序入口之前完成單例對(duì)象的初始化
Singleton* Singleton::m_instance = new Singleton;
Singleton::GCarbo Carbo;
int main()
{
cout << "main begin" << endl;
//均無(wú)法創(chuàng)建實(shí)例
//Singleton s;
//Singleton* p = new Singleton;
//調(diào)用共有靜態(tài)成員方法
Singleton* p1= Singleton::GetInstance();
Singleton* p2 = Singleton::GetInstance();
if (p1 == p2){
cout << "yes" << endl;
}
else{
cout << "no" << endl;
}
system("pause");
return 0;
}運(yùn)行結(jié)果：
整個(gè)程序運(yùn)行過(guò)程中只調(diào)用了一次構(gòu)造函數(shù)，并且兩個(gè)對(duì)象為同一個(gè)對(duì)象，程序結(jié)束后自動(dòng)銷毀對(duì)象
懶漢模式
相反，懶漢模式就是已經(jīng)懶到極致了，單例實(shí)例當(dāng)首次被引用時(shí)才將進(jìn)行初始化，盡量使資源的利用最大化。如最常見的晚綁定、寫時(shí)拷貝技術(shù)都是這種實(shí)現(xiàn)方式。
- 優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)程啟動(dòng)無(wú)負(fù)載，多個(gè)單例實(shí)例啟動(dòng)順序可控制
- 缺點(diǎn)：復(fù)雜，線程不安全
但是這里要注意一點(diǎn)，不同于餓漢模式GetInstance全局公共訪問(wèn)點(diǎn)僅僅返回一個(gè)類對(duì)象的指針，因?yàn)槲覀儾]有在類外實(shí)例化對(duì)象，所以我們要對(duì)對(duì)象的實(shí)例化進(jìn)行判斷，沒有對(duì)象時(shí)才能創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象
static Singleton* GetInstance()
{
if (nullptr == m_instance){
m_instance = new Singleton();
}
return m_instance;
}完整代碼如下：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
class Singleton
{
public:
static Singleton* GetInstance()
{
if (nullptr == m_instance){
m_instance = new Singleton();
}
return m_instance;
}
//內(nèi)嵌垃圾回收類
class CGarbo{
public:
~CGarbo(){
cout << "delete instance" << endl;
if (nullptr != Singleton::m_instance){
delete Singleton::m_instance;
m_instance = nullptr;
}
}
};
//定義一個(gè)靜態(tài)成員變量，程序結(jié)束后自動(dòng)調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)釋放單例對(duì)象
static CGarbo Garbo;
private:
//構(gòu)造函數(shù)私有
Singleton() {
printf("Singleton\n");
};
//防拷貝
Singleton(Singleton const&);
Singleton& operator=(Singleton const&);
//單例對(duì)象指針
static Singleton* m_instance;
};
Singleton* Singleton::m_instance = nullptr;
Singleton::CGarbo Garbo;
int main()
{
cout << "main begin" << endl;
cout << Singleton::GetInstance() << endl;
cout << Singleton::GetInstance() << endl;
system("pause");
return 0;
}運(yùn)行結(jié)果：
這樣寫看似就可以了，兩個(gè)實(shí)例也創(chuàng)建了相同的對(duì)象，真的就可以了嘛？答案是否定的，現(xiàn)在我們?cè)诙嗑€程環(huán)境下在對(duì)這段代碼進(jìn)行演示
我們發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)線程竟然創(chuàng)建了兩個(gè)不同的對(duì)象出來(lái)，這顯然不符合我們單例模式的要求，為什么會(huì)出現(xiàn)這種原因呢，假如第一個(gè)線程剛剛判斷完 m_instance 為 nullptr 開始創(chuàng)建對(duì)象，對(duì)象還未創(chuàng)建完成，第二個(gè)線程也開始判斷，此時(shí)對(duì)象未創(chuàng)建完成，條件滿足，也會(huì)繼續(xù)執(zhí)行對(duì)象創(chuàng)建的代碼創(chuàng)建對(duì)象，所以創(chuàng)建出了兩個(gè)不同的對(duì)象出來(lái)。
可能的線程不安全情況舉例（數(shù)字表示按時(shí)間片程序的執(zhí)行順序）：
情況一（線程不安全）：
情況二（編譯器自動(dòng)優(yōu)化，進(jìn)行指令重排）：
對(duì)于情況一解決辦法就是我們需要對(duì)創(chuàng)建對(duì)象的操作加互斥鎖，保證操作的原子性，由于加鎖后創(chuàng)建對(duì)象線程可能阻塞，所以這里我們?yōu)榱送瑫r(shí)保證效率和安全通常會(huì)選擇 Double-Check 方式加鎖
static Singleton* GetInstance()
{
//Double-Check方式加鎖保證效率和線程安全
//保證效率
if (nullptr == m_instance){
//保證線程安全
m_mtx.lock();
//正常檢查
if (nullptr == m_instance){
m_instance = new Singleton();
}
m_mtx.unlock();
}
return m_instance;
}但是情況二顯然程序還會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，我們?cè)?m_instance 對(duì)象前加上 volatile即可，禁止編譯器優(yōu)化，將變量從內(nèi)存中讀取，而不是從寄存器中讀取。
整個(gè)懶漢模式的完整代碼：
class Singleton
{
public:
static volatile Singleton* GetInstance()
{
//Double-Check方式加鎖保證效率和線程安全
//保證效率
if (nullptr == m_instance){
//保證線程安全
m_mtx.lock();
//正常檢查
if (nullptr == m_instance){
m_instance = new Singleton();
}
m_mtx.unlock();
}
return m_instance;
}
//內(nèi)嵌垃圾回收類
class CGarbo{
public:
~CGarbo(){
cout << "delete instance" << endl;
if (nullptr != Singleton::m_instance){
delete Singleton::m_instance;
m_instance = nullptr;
}
}
};
//定義一個(gè)靜態(tài)成員變量，程序結(jié)束后自動(dòng)調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)釋放單例對(duì)象
static CGarbo Garbo;
private:
//構(gòu)造函數(shù)私有
Singleton() {
//cout原型operator <<() 連續(xù)的cout相當(dāng)于是函數(shù)的遞歸調(diào)用過(guò)程
//cout.operator<<(c1);
//由于線程的特性會(huì)導(dǎo)致輸出亂序
printf("Singleton\n");
};
//防拷貝
Singleton(Singleton const&);
Singleton& operator=(Singleton const&);
//單例對(duì)象指針
static volatile Singleton* m_instance;
static mutex m_mtx;
};
volatile Singleton* Singleton::m_instance = nullptr;
Singleton::CGarbo Garbo;
mutex Singleton::m_mtx;
void func(int n)
{
printf("%d: %p\n", n, Singleton::GetInstance());
//cout << Singleton::GetInstance() << " " << n << endl;
}
int main()
{
cout << "main begin" << endl;
thread t1(func, 1);
thread t2(func, 2);
t1.join();
t2.join();
printf("%p\n", Singleton::GetInstance());
printf("%p\n", Singleton::GetInstance());
system("pause");
return 0;
}結(jié)果完全沒有問(wèn)題：
到此這篇關(guān)于c語(yǔ)言設(shè)計(jì)模式之單例模式中的餓漢與懶漢詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)c語(yǔ)言單例模式內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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