设计模式读书笔记1-单例模式

单例模式属于创建型模式的一种，创建型模式是一类最常用的设计模式，在软件开发中应用非常广泛。创建型模式将对象的创建和使用分离，在使用对象时无需关心对象的创建细节，从而降低系统的耦合度，让设计方案更易于修改和扩展。每一个创建型模式都在视图回答3个问题：3W -> 创建什么（What）、由谁创建（Who）和何时创建（When）。
　

　　本篇是创建型模式的第一篇，也是最简单的一个设计模式，虽然简单，但是其使用频率确是很高的。

单例模式（Singleton） 	学习难度：★☆☆☆☆ 	使用频率：★★★★☆

1 单例模式的动机

　　相信大家都使用过Windows任务管理器，我们可以做一个尝试：在Windows任务栏的右键菜单上多次点击“启动任务管理器”，看能否打开多个任务管理器窗口。正常情况下，无论我们启动多少次，Windows系统始终只能弹出一个任务管理器窗口。也就是说，在一个Windows系统中，任务管理器存在唯一性。

　　在实际开发中，我们经常也会遇到类似的情况，为了节约系统资源，有时候需要确保系统中某个类只有唯一一个实例，当这个唯一实例创建成功之后，无法再创建一个同类型的其他对象，所有的操作都只能基于这个唯一实例。为了确保对象的唯一性，可以通过创建单例模式来实现，这也就是单例模式的动机所在。

2 单例模式的概述

2.1 单例模式定义

单例模式（Singleton Pattern)是一个比较简单的模式，其定义如下：
确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例，这个类称为单例类，它提供全局访问的方法。单例模式是一种对象创建模式。
单例模式有3个要点：

1. 某个类只能有一个实例
2. 它必须自行创建这个实例
3. 它必须自行向整个系统提供这个实例

2.2 单例模式结构图

从上图中可以看出，单例模式结构图中只包含了一个单例的角色。

　　Singleton（单例）：

1. 在单例类的内部实现只生成一个实例，同时它提供一个静态的GetInstance()方法，让客户可以访问它的唯一实例；
2. 为了防止在外部对单例类实例化，它的构造函数被设为private；
3. 在单例类的内部定义了一个Singleton类型的静态对象，作为提供外部共享的唯一实例。

3 软件设计

3.1 软件需求

　　中国的历史上很少出现两个皇帝并存的时期，是有，但不多，那我们就认为皇帝是个单例模式，在这个场景中，有皇帝，有大臣，大臣是天天要上朝参见皇帝的，今天参拜的皇帝应该和昨天、前天的一样（过渡期的不考虑，别找茬哦），大臣磕完头，抬头一看，嗨，还是昨天那个皇帝，单例模式，绝对的单例模式，先看类图：

static Emperor *singleton;
Emperor* CreateInstance(void)
{
	Emperor* emperor = (Emperor *)malloc(sizeof(Emperor));
	if(!emperor)
	{
		return NULL;
	}
	memset(emperor, 0, sizeof(emperor));
	strcpy(emperor->name, "huangdi");
	emperor->age  = 24;

	return emperor;
}



Emperor* GetInstance(void)
{
 	return singleton;
}

现在我们在客户端代码中添加一些测试代码，看看结果：

int main(void)
{
	int i = 0;
	Emperor *ps2;
	singleton = CreateInstance();
	for(i = 0; i < 3; i++)
	{
		ps2 = GetInstance();
		printf("name: %s,age: %d\n",ps2->name, ps2->age);
	}

	return 0;
}

3.2 懒汉模式和饿汉模式

　　测试例子中采用的是饿汉模式，懒汉模式又称为延迟加载，也就是首次使用的时候初始化

static Emperor *singleton;
Emperor* GetInstance(void)
{
	if(!singleton)
	{
		singleton = (Emperor *)malloc(sizeof(Emperor));
		if(!singleton)
		{
			return NULL;
		}
		memset(singleton, 0, sizeof(singleton));
		strcpy(singleton->name, "huangdi");
		singleton->age  = 24;
	}

 	return singleton;
}

4 单例模式的应用

　单例模式目标明确，结构简单，在软件开发中使用频率相当高。

4.1 单例模式优点

1. 由于单例模式在内存中，只有一个实例，减小了内存开支，特别是一个对象需要频繁的创建、销毁，创建和销毁时性能无法优化，单例模式的优势就足够的明显
2. 由于单例模式只生成一个实例，减小了系统的性能开销，当一个对象的产生较多的资源时，如读取配置、产生其他依懒对象时
3. 单例模式可以避免对资源的多重占用，例如写一个文件动作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作
4. 单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问

4.2 单例模式缺点

1. 单例模式没有接口，扩展很困难
2. 单例模式对测试不利，在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行测试
3. 单例模式与单一职责原则有冲突

4.3 单例模式的使用场景

在一个系统中，要求有且仅有对象，如果出现多个对象就会出现不良反应，可以采用单例模式，具体场景如下：

1. 要求生成唯一序列号的环境
2. 在整个项目中需要一个共享访问点和共享访问数据
3. 创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源
4. 需要定义大量的静态常量和静态方法的环境，可以采用单例模式，也可以直接声明为static

5 单例模式注意事项

在高并发的情况下，请注意单例模式的线程同步问题

6 参考资料

秦晓波， 《设计模式之禅》

刘伟，《设计模式的艺术—软件开发人员内功修炼之道》