彬哥笔记--21 Go语言单利模式

单例解决了什么？

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。

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这个解释足够简单。说白了就是假如我们希望我们在我们的系统中该类仅仅存在1个或0个该类的实例。虽然单例模式很简单，但是熟悉java的同学可能了解，单例模式有很多写法,懒汉式、饿汉式、双重锁。。。 这么多形式，难道有什么目的？确实，不过他们的目的很明确，就是保证在一种特殊情况下的单例-并发。

ok，既然了解了单例模式，那下面我们就开始用代码描述一下单例模式。首先是最简单的单例，这里我们并不去考虑并发的情况。

package manager
import (
    "fmt"
)

var m *Manager

func GetInstance() *Manager {
    if m == nil {
        m = &Manager {}
    }
    return m
}

type Manager struct {}

func (p Manager) Manage() {
    fmt.Println("manage...")
}

这就是一个最简单的单例了，对于Manager结构体，我们提供了一个GetInstance函数去获取它的实例，这个函数中首先去判断m变量是否为空，如果为空才去赋值一个Manager的指针类型的值，一个小小的判断，就保证了我们在第第二次调用GetInstance的时候直接返回m，而不是重新获取Manager的实例，进而保证了唯一实例。

上面的代码确实简单，也实现了最简单的单例模式，不过大家有没有考虑到并发这一点，在并发的情况下，这里是不是还可以正常工作呢？ 来，先跟着下面的思路走一走，来看看问题出现在哪。

现在我们是在并发的情况下去调用的 GetInstance函数，现在恰好第一个goroutine执行到m = &Manager {}这句话之前，第二个goroutine也来获取实例了，第二个goroutine去判断m是不是nil,因为m = &Manager{}还没有来得及执行，所以m肯定是nil，现在出现的问题就是if中的语句可能会执行两遍！

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在上面介绍的这种情形中，因为m = &Manager{}可能会执行多次，所以我们写的单例失效了，这个时候我们就该考虑为我们的单例加锁啦。

这个时候我们就需要引入go的锁机制-sync.Mutex了,修改我们的代码，

package manager
import (
    "sync"
    "fmt"
)

var m *Manager
var lock *sync.Mutex = &sync.Mutex {}

func GetInstance() *Manager {
    lock.Lock()
    defer lock.Unlock()
    if m == nil {
        m = &Manager {}
    }
    return m
}

type Manager struct {}

func (p Manager) Manage() {
    fmt.Println("manage...")
}

代码做了简单的修改了，引入了锁的机制，在GetInstance函数中，每次调用我们都会上一把锁，保证只有一个goroutine执行它，这个时候并发的问题就解决了。不过现在不管什么情况下都会上一把锁，而且加锁的代价是很大的，有没有办法继续对我们的代码进行进一步的优化呢？ 熟悉java的同学可能早就想到了双重的概念，没错，在go中我们也可以使用双重锁机制来提高效率。

package manager
import (
    "sync"
    "fmt"
)

var m *Manager
var lock *sync.Mutex = &sync.Mutex {}

func GetInstance() *Manager {
    if m == nil {
        lock.Lock()
        defer lock.Unlock()
        if m == nil {
            m = &Manager {}
        }
    }

    return m
}

type Manager struct {}

func (p Manager) Manage() {
    fmt.Println("manage...")
}

代码只是稍作修改而已，不过我们用了两个判断，而且我们将同步锁放在了条件判断之后，这样做就避免了每次调用都加锁，提高了代码的执行效率。

这获取就是很完美的单例代码了，不过还没完，在go中我们还有更优雅的方式去实现。单例的目的是啥？保证实例化的代码只执行一次，在go中就中这么一种机制来保证代码只执行一次，而且不需要我们手工去加锁解锁。对，就是我们的sync.Once，它有一个Do方法，在它中的函数go会只保证仅仅调用一次！再次修改我们的代码，

package manager
import (
    "sync"
    "fmt"
)

var m *Manager
var once sync.Once

func GetInstance() *Manager {
    once.Do(func() {
        m = &Manager {}
    })
    return m
}

type Manager struct {}

func (p Manager) Manage() {
    fmt.Println("manage...")
}

代码更简单了，而且有没有发现-漂亮了！Once.Do方法的参数是一个函数，这里我们给的是一个匿名函数，在这个函数中我们做的工作很简单，就是去赋值m变量，而且go能保证这个函数中的代码仅仅执行一次！

单利模式的优缺点和使用场景

优点：

1.在单例模式中，活动的单例只有一个实例，对单例类的所有实例化得到的都是相同的一个实例。这样就 防止其它对象对自己的实例化，确保所有的对象都访问一个实例

2.单例模式具有一定的伸缩性，类自己来控制实例化进程，类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。

3.提供了对唯一实例的受控访问。

4.由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以 节约系统资源，当 需要频繁创建和销毁的对象时单例模式无疑可以提高系统的性能。

5.允许可变数目的实例。

6.避免对共享资源的多重占用。

缺点：

1.不适用于变化的对象，如果同一类型的对象总是要在不同的用例场景发生变化，单例就会引起数据的错误，不能保存彼此的状态。

2.由于单利模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。

3.单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。

4.滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而被回收，这将导致对象状态的丢失。

使用注意事项：

1.使用时不能用反射模式创建单例，否则会实例化一个新的对象

2.使用懒单例模式时注意线程安全问题

3.饿单例模式和懒单例模式构造方法都是私有的，因而是不能被继承的，有些单例模式可以被继承（如登记式模式）

适用场景：

单例模式只允许创建一个对象，因此节省内存，加快对象访问速度，因此对象需要被公用的场合适合使用，如多个模块使用同一个数据源连接对象等等。如：

1.需要频繁实例化然后销毁的对象。

2.创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。

3.有状态的工具类对象。

4.频繁访问数据库或文件的对象。

以下都是单例模式的经典使用场景：

1.资源共享的情况下，避免由于资源操作时导致的性能或损耗等。如上述中的日志文件，应用配置。

2.控制资源的情况下，方便资源之间的互相通信。如线程池等。

应用场景举例：

1.外部资源：每台计算机有若干个打印机，但只能有一个PrinterSpooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机。内部资源：大多数软件都有一个（或多个）属性文件存放系统配置，这样的系统应该有一个对象管理这些属性文件

2. Windows的Task Manager（任务管理器）就是很典型的单例模式（这个很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打开两个windows task manager吗？ 不信你自己试试看哦~

3. windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中，回收站一直维护着仅有的一个实例。

4. 网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步。

5. 应用程序的日志应用，一般都何用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加。

6. Web应用的配置对象的读取，一般也应用单例模式，这个是由于配置文件是共享的资源。

7. 数据库连接池的设计一般也是采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源。数据库软件系统中使用数据库连接池，主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗，这种效率上的损耗还是非常昂贵的，因为何用单例模式来维护，就可以大大降低这种损耗。

8. 多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式，这是由于线程池要方便对池中的线程进行控制。

9. 操作系统的文件系统，也是大的单例模式实现的具体例子，一个操作系统只能有一个文件系统。

10. HttpApplication 也是单位例的典型应用。熟悉ASP.Net(IIS)的整个请求生命周期的人应该知道HttpApplication也是单例模式，所有的HttpModule都共享一个HttpApplication实例.

实现单利模式的原则和过程：

1.单例模式：确保一个类只有一个实例，自行实例化并向系统提供这个实例

2.单例模式分类：饿单例模式（类加载时实例化一个对象给自己的引用），懒单例模式（调用取得实例的方法如getInstance时才会实例化对象）（java中饿单例模式性能优于懒单例模式，c++中一般使用懒单例模式）

3.单例模式要素：

a.私有构造方法

b.私有静态引用指向自己实例

c.以自己实例为返回值的公有静态方法

游戏开发中：

单例模式在游戏中的运用十分广泛，在客户端中每个界面可能都是个单例模式，这样用户频繁关闭、打开不会每次都向系统申请空间。在做端游的时候，由于界面上含有不少的图片和动画，如果每次都从本机加载这些文件，代码也是蛮大的。

在服务器中有数据库管理文件，我们知道从数据库中加载文件相对来说还是比较慢的，我们可以一次加载完成，以后每次都使用这个管理类就可以了。

通过上面的例子我们可以看出，一般使用单例模式的地方，说明每次实例化对象的代价还是蛮大的，这样我们可以只实例化一次。

每天坚持学习1小时Go语言，大家加油，我是彬哥，下期见！如果文章中不同观点、意见请文章下留言或者关注下方订阅号反馈！