一、概述

只涉及一个单一的类，该类否则创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供一种方法访问唯一的对象方式，可以直接创建，不需实例化该类的对象。

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，主要解决一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

1.结构

单例类声明了一个名为getInstance 获取实例的静态方法来返回其所属类的一个相同实例。
单例的构造函数必须对客户端代码隐藏。调用获取实例方法必须是获取单例对象的唯一方式。

2.适用场景

程序中只有一个可用的实例。
需要更加严格地控制全局变量，可以使用单例模式。

3.优缺点

优点：

保证一个类只有一个实例。
获得了一个指向该实例的全局访问节点。
仅在首次请求单例对象时对其进行初始化。
没有接口，不能继承。

缺点：

违反了单一职责原则。该模式同时解决了两个问题。
单例模式可能掩盖不良设计，比如程序各组件之间相互了解过多等。
该模式在多线程环境下需要进行特殊处理，避免多个线程多次创建单例对象。
单例的客户端代码单元测试可能会比较困难，因为许多测试框架以基于继承的方式创建模拟对象。由于单例类的构造函数是私有的，而且绝大部分语言无法重写静态方法，所以你需要想出仔细考虑模拟单例的方法。要么干脆不编写测试代码，或者不使用单例模式。

二、懒汉单例模式

1.线程不安全的懒汉单例模式

类加载时没有生成单例，只有当第一次调用 instance_方法时才去创建这个单例,
注意懒汉模式在不加锁情况下是线程不安全的,只适用于单线程。

#include <iostream>
#include<string>using namespace std;class Singleton {private:static Singleton* instance_;//实例对象static：保证全局只有一个Singleton() {}//构造函数私有：即单例模式只能在内部私有化public://外界通过GetInstance()获取实例对象static Singleton* GetInstance() {if (instance_ == nullptr){instance_ = new Singleton();}return instance_;}
};
// 静态变量instance;静态成员必须在类外定义
Singleton* Singleton::instance_ = nullptr;int main()
{Singleton* s1 = Singleton::GetInstance();Singleton* s2 = Singleton::GetInstance();cout << "s1地址:" << s1 << endl;cout << "s2地址:" << s2 << endl;return 0;
}

2.线程安全的懒汉单例模式

上述代码并不是线程安全的，当多个线程同时调用Singleton::GetInstance()，可能会创建多个实例从而导致内存泄漏（会new多次但我们只能管理唯一的一个instance_），通过互斥锁实现线程安全。

#include <iostream>
#include<string>
#include<mutex>using namespace std;class Singleton {private:static Singleton* instance_;//实例对象static：保证全局只有一个static mutex m_mutex_;Singleton() {}//构造函数私有：即单例模式只能在内部私有化
public://外界通过GetInstance()获取实例对象static Singleton* GetInstance() {// 加锁保证多个线程并发调用getInstance()时只会创建一个实例m_mutex_.lock();if (instance_ == nullptr){instance_ = new Singleton();}m_mutex_.lock();return instance_;}
};//静态成员必须在类外定义
Singleton* Singleton::instance_ = nullptr;
mutex Singleton::m_mutex_;int main()
{Singleton* s1 = Singleton::GetInstance();Singleton* s2 = Singleton::GetInstance();cout << "s1地址:" << s1 << endl;cout << "s2地址:" << s2 << endl;return 0;
}

3.同步锁模式

适用于多线程下的懒汉模式中，每一个线程在判断instance_是否为NLL前，都先要进行加锁操作，如果此时已经有其他线程进行了加锁操作，那么当前线程就进入了阻塞状态，如此以往，就会导致大量资源被浪费，还影响了效率，其实我们只需要小小的改动，就可以解决这个问题。

#include <iostream>
#include<string>
#include<mutex>using namespace std;class Singleton {private:static Singleton* instance_;//实例对象static：保证全局只有一个static mutex m_mutex_;Singleton() {}//构造函数私有：即单例模式只能在内部私有化
public://外界通过GetInstance()获取实例对象static Singleton* GetInstance() {if(instance_==NULL){// 加锁保证多个线程并发调用getInstance()时只会创建一个实例m_mutex_.lock();if (instance_ == nullptr){instance_ = new Singleton();}m_mutex_.lock();}return instance_;}
};//静态成员必须在类外定义
Singleton* Singleton::instance_ = nullptr;
mutex Singleton::m_mutex_;int main()
{Singleton* s1 = Singleton::GetInstance();Singleton* s2 = Singleton::GetInstance();cout << "s1地址:" << s1 << endl;cout << "s2地址:" << s2 << endl;return 0;
}

将加锁和判断instance_是否为NULL 的顺序对调了一下就解决了这个问题，即当instance==NULL的时候，才去进行加锁，实例化唯一对象，解锁的操作，如果此时instance != NULL，说明唯一的对象已经被实例化出来了，那么其他线程就不需要再进行加锁，解锁操作了，而是可以直接使用这个唯一的对象。

三、饿汉单例模式

所谓的饿汉模式与懒汉模式恰恰相反，懒汉模式是只有当我们需要的时候才实例化唯一的对象，而饿汉是无论你需不需要，一开始就将唯一的对象实例化出来。

#include <iostream>
#include<string>
#include<mutex>using namespace std;class Singletion {private:static Singletion* instance_;Singletion(){}
public:static Singletion* GetInstance(){return instance_;}
};
Singletion* Singletion::instance_ = new Singletion();//静态成员必须在类外定义int main()
{Singletion* s1 = Singletion::GetInstance();Singletion* s2 = Singletion::GetInstance();cout << "s1地址: " << s1 << std::endl;cout << "s2地址: " << s2 << std::endl;return 0;
}

饿汉模式的好处，就是不需要再判断instance是否为NULL了，这在某些情况下能起到非常大的作用。

四、Meyers’ Singleton

Meyers’ Singleton是Scott Meyers提出的C++单例的推荐写法。它将单例对象作为局部static对象定义在函数内部：

class Singleton {public:static Singleton& GetInstance() {static Singleton instance;return instance;}Singleton(const Singleton&) = delete;Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;private:Singleton() {}
};

优点：

解决了普通单例模式全局变量初始化依赖（C++只能保证在同一个文件中声明的static遍历初始化顺序和其遍历声明的顺序一致，但是不能保证不同文件中static遍历的初始化顺序）。

缺点：

需要C11支持（C11保证static成员初始化的线程安全）。
性能问题（同懒汉模式一样，每次调用GetInstance()方法时需要判断局部static变量是否已经初始化，如果没有初始化就会进行初始化，这个判断逻辑会消耗一点性能）。

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