概念

• 程序的生命週期內只有一個實例的存在

場景

• 日誌記錄器、數據庫連接池、線程池等

實現

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <boost/noncopyable.hpp>

using namespace std;

// 版本一
// 創建即初始化-eager initialize
// 不過需要提前初始化。但是從生產環境考慮，單例模式必須創建，同時需要系統預熱。
// 因此該版本也具有一定的適用性。
class Singleton : public boost::noncopyable{
private:
    shared_ptr<Singleton> sp_instance;
    
private:
    Singleton() = default;
    
public:
    // 智能指針的析構函數需要對象的析構函數的訪問權限
    ~Singleton() = default;
    
    static weak_ptr<Singleton> GetInstance() {
        return sp_instance;
    }
};

shared_ptr<Singleton> Singleton::sp_instance(new Singleton);

#include <iostream>
#include <mutex>
#include <boost/noncopyable.hpp>

using namespace std;
// 以下幾個版本為用時創建，Lazy模式。
// 版本二
// 會出現寫放大（A進程創建智能指針A並賦值給靜態單例變量，
// 此時發生進程切換，B進程創建智能指針B並賦值給單例變量，因此A進程創建的智能指針A自動銷燬）。
// 總的來説，能夠正確創建並返回對象，但是初始會多創建一次浪費資源
class Singleton : public boost::noncopyable{
private:
  Singleton() = default;
  
public:
  // 智能指針需要調用
  ~Singleton() = default;
  
  static weak_ptr<Singleton> GetInstance() {
      static shared_ptr<Singleton> sp_singleton = 
          shared_ptr<Singleton> (new Singleton());
      return sp_singleton;
  }
};

// 版本三
// 先上鎖->併發退化成串行。
// 在寫-讀場景下併發能力弱。適用於寫-寫場景。
class Singleton : public boost::noncopyable{
private:
   shared_ptr<Singleton> sp_instance;
   mutex_t mutex;
   
private:
   Singleton() = default;
   
public:
   // 智能指針需要調用
   ~Singleton() = default;
   
   static weak_ptr<Singleton> GetInstance() {
       mutex.lock();    // RALL
       if (sp_instance == nullptr)
           sp_instance = shared_ptr<Singleton> (new Singleton());
       return sp_singleton;
   }
};

// 版本四
// DCL+volatile關鍵字->版本三的優化。
// 通過volatile關鍵字防止最外層判斷出現未完全初始化對象，通過內層加鎖保證過程的互斥性。
// 適合寫-讀場景。
class Singleton : public boost::noncopyable{
private:
  static volatile shared_ptr<Singleton> instance;
  static std::mutex mutex;

private:
  Singleton() = default;

public:
  ~Singleton() {}
  
  static weak_ptr<Singleton> GetInstance() {
      if (instance == nullptr) {
          mutex.lock();
          if (instance == nullptr) {
              instance = shared_ptr<Singleton> (new Singleton());
          }
      }
      return instance;
  }
};


int main() {
  auto ptr_singleton = Singleton::GetInstance();
  // do something...
}