一、单例模式说明
单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问该实例。单例模式通常用于需要在整个应用程序中共享相同资源或状态的情况下。
它有一些优点和缺点：
优点如下：
全局唯一实例：单例模式确保在整个应用程序中只有一个实例存在，这样可以确保所有客户端都使用同一个实例，从而避免了多个实例之间的状态不一致性问题。
延迟初始化：单例模式可以延迟对象的创建，直到第一次使用时才进行初始化。这样可以节省系统资源，并提高系统的性能。
提供全局访问点：单例模式提供了一个全局访问点来访问唯一实例，使得客户端可以直接访问该实例而不需要了解其创建细节。
避免资源浪费：单例模式可以避免频繁创建和销毁对象，从而减少了系统资源的浪费。
缺点如下：
隐藏依赖关系：单例模式会隐藏类之间的依赖关系，使得代码更加耦合。如果某个类依赖于单例类，那么它的测试和调试可能会变得更加困难。
滥用可能导致性能问题：如果单例模式被滥用，可能会导致性能问题。因为单例对象的全局访问点可能会造成竞争条件，从而降低系统的性能。
不适用于多线程环境下的懒加载：在多线程环境下，如果使用懒加载方式创建单例对象，并且没有考虑线程安全性，可能会导致多个线程同时创建多个实例，从而违背了单例模式的初衷。
可能会造成内存泄漏：在某些情况下，单例模式可能会造成内存泄漏。如果单例对象持有大量资源，并且在整个应用程序的生命周期内都不会被释放，那么可能会造成内存泄漏问题。
二、单例类型
1、静态局部变量： 在 C++11 及以上版本中，可以使用静态局部变量来实现线程安全的单例模式。静态局部变量的初始化是线程安全的，因此不需要额外的同步措施。
class Singleton {
public:
static Singleton& getInstance() {
static Singleton instance;
return instance;
}
// 防止拷贝构造和赋值运算符
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private:
Singleton() {} // 私有构造函数
};
2、 静态成员变量： 使用类的静态成员变量来存储单例对象，同时提供一个静态方法来获取该对象的引用。这样可以确保在整个应用程序中只有一个实例。
class Singleton {
public:
static Singleton& getInstance() {
return instance;
}
// 防止拷贝构造和赋值运算符
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private:
Singleton() {} // 私有构造函数
static Singleton instance; // 声明静态成员变量
};
Singleton Singleton::instance; // 外部定义和初始化静态成员变量
3、双检锁（Double-Checked Locking）： 双检锁机制结合了懒加载和线程安全，可以在第一次调用时创建单例对象，并在后续调用时直接返回已创建的对象。
#include <mutex>
class Singleton {
public:
static Singleton& getInstance() {
if (instance == nullptr) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
if (instance == nullptr) {
instance = new Singleton();
}
}
return *instance;
}
// 防止拷贝构造和赋值运算符
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
private:
Singleton() {} // 私有构造函数
static Singleton* instance;
static std::mutex mutex;
};
Singleton* Singleton::instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mutex;
三、单例应用
单例模式在实际应用中有许多场景和用途。下面是一些常见的单例应用场景：
日志应用：日志应用通常会应用单例模式。这是因为它可以避免对一个文件的并发写入。从而避免写入日志时的混乱。
数据库连接：数据库连接池通常是单例的。这样可以防止大量的数据库连接，并确保在应用程序中只有一个数据库连接池。
应用程序的配置：应用程序的配置信息通常存储在一个文件中，如XML文件或者.properties文件，读取配置文件是一个开销较大的系统操作，应用程序通常在启动的时候就把配置文件读入内存。这种情况下，就可以使用单例模式来实现，这样可以提供一个全局的访问点。
设备驱动：打印机、显卡、声卡等设备驱动程序通常也会被设计成单例，以确保系统中同一时间只能有一个驱动实例在运行。
缓存管理器：缓存通常也是单例的。这样可以确保数据的一致性，例如，所有的请求都通过同一个缓存实例来查询数据，可以确保所有的查询得到的都是同样的结果。
线程池：线程池是一种用于管理线程的机制，用于处理并发请求。使用单例模式可以确保在整个应用程序中只有一个线程池实例，所有任务都可以提交到同一个线程池中进行处理。
这些是单例模式在实际应用中的一些常见场景，但并不限于此。单例模式可以应用于任何需要确保只有一个实例存在的场景，以提高代码的灵活性、可维护性和性能。
