设计模式：单例模式(singleton)

singleton模式属于创建型设计模式。其作用是在程序设计中，对于某一个类而言，全局只能存在一个实例对象。

下面以C++为例，对单例模式进行说明：

1. 最基本单例模式（单线程） 

class Singleton1{
    private:
        static Singleton1 instance;
        Singleton1(){}            //构造函数
    public:
        static Singleton1 get_instance(){
            if (Singleton1.instance==nullptr){   //若当前唯一实例为空，则创建新对象返回
                instance=Singleton1();
            }
            return instance;
        } 
};

存在问题：在单线程下，只有instance == null 时，才会创建新对象，其余时间返回。但是对于多线程访问时，当两个或多个线程同时访问到instance==null，若判断成立，多个线程会分别实例化对象，这时程序就不满足单例条件了。

2.多线程的单例模式

针对上述问题，要在多线程中保证单例，就要进行线程同步控制，C++中使用mutex类族进行同步控制。

class Singleton2{
    private:
        static Singleton2 instance;
        static std::mutex mutex_var; 
        Singleton2(){}
    public:
        static Singleton2 get_instance(){
            mutex_var.lock();           //互斥量加锁进行线程同步
            if (instance==nullptr){
                instance=Singleton2();
            }
            mutex_var.unlock();         //互斥量解锁
            return instance;
        } 
};

存在问题：线程安全，但程序效率不高。注意，此前讨论的出现的不满足单例的情况只出现在首次实例化对象时，但现在的程序在每次通过ger_instance函数访问时，都会进行加解锁操作，，加锁操作是十分耗时的，从而导致程序效率变低。

3.多线程下高效的单例模式

解决方法：仅在第一次实例化的时候加锁，其他时刻不加锁，提高程序效率。

class Singleton3{
    private:
        static Singleton3 instance;
        static std::mutex mutex_var; 
        Singleton3(){}
    public:
        static Singleton3 get_instance(){
            if (instance==nullptr)         //外层多一次判断，如果单例已经存在，就不再进行加锁操作
            {
                mutex_var.lock();           //互斥量加锁进行线程同步
                if (instance==nullptr){
                    instance=Singleton3();
                }
                mutex_var.unlock();         //互斥量解锁
            }
            return instance;
        } 
};

关于懒汉式和饿汉式的讨论

饿汉式：单例实例在类装载时就构建，急切初始化。（预先加载法）

懒汉式：单例实例在第一次被使用时构建，延迟初始化。（上述实现都是懒汉式的）。

这两类单例模式的区别在于实例化的时机不同。

饿汉式

优点：线程安全，在类加载的同时创建一个静态对象，调用时反应快。缺点：由于是提前定义，可能在全局程序中都没有使用这个实例，资源利用率不高。

懒汉式 

优点：资源效率高，只要不用到该实例就不会被实例化。缺点：第一次加载速度不快。

两种方式各有优劣，针对不同的场景进行选择，一般情况下，使用饿汉式更多一些。