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Go設(shè)計(jì)模式之單例模式圖文詳解

更新時(shí)間：2023年07月26日 08:30:12 作者：demo007x

單例模式是一種創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式，讓你能夠保證一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)訪問該實(shí)例的全局節(jié)點(diǎn)，本文就通過圖文給大家介紹一下Go的單例模式,需要的朋友可以參考下

單例模式.

問題

單例模式同時(shí)解決了兩個(gè)問題，所以違反了單一職責(zé)原則：

保證一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例。為什么會(huì)有人想要控制一個(gè)類所擁有的實(shí)例數(shù)量？最常見的原因是控制某些共享資源（例如數(shù)據(jù)庫或文件）的訪問權(quán)限。

它的運(yùn)作方式是這樣的：如果你創(chuàng)建了一個(gè)對(duì)象，同時(shí)過一會(huì)兒后你決定再創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，此時(shí)你會(huì)獲得之前已創(chuàng)建的對(duì)象，而不是一個(gè)新對(duì)象。

注意，普通構(gòu)造函數(shù)無法實(shí)現(xiàn)上述行為，因?yàn)闃?gòu)造函數(shù)的設(shè)計(jì)決定了它必須總是返回一個(gè)新對(duì)象。

客戶端甚至可能沒有意識(shí)到它們一直都在使用同一個(gè)對(duì)象。

為該實(shí)例提供一個(gè)全局訪問節(jié)點(diǎn)。還記得你（好吧，其實(shí)是我自己）用過的那些存儲(chǔ)重要對(duì)象的全局變量嗎？它們在使用上十分方便，但同時(shí)也非常不安全，因?yàn)槿魏未a都有可能覆蓋掉那些變量的內(nèi)容，從而引發(fā)程序崩潰。

和全局變量一樣，單例模式也允許在程序的任何地方訪問特定對(duì)象。但是它可以保護(hù)該實(shí)例不被其他代碼覆蓋。

還有一點(diǎn)：你不會(huì)希望解決同一個(gè)問題的代碼分散在程序各處的。因此更好的方式是將其放在同一個(gè)類中，特別是當(dāng)其他代碼已經(jīng)依賴這個(gè)類時(shí)更應(yīng)該如此。

如今，單例模式已經(jīng)變得非常流行，以至于人們會(huì)將只解決上文描述中任意一個(gè)問題的東西稱為單例。

解決方案

所有單例的實(shí)現(xiàn)都包含以下兩個(gè)相同的步驟：

將默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)設(shè)為私有，防止其他對(duì)象使用單例類的 new運(yùn)算符。
新建一個(gè)靜態(tài)構(gòu)建方法作為構(gòu)造函數(shù)。該函數(shù)會(huì) “偷偷” 調(diào)用私有構(gòu)造函數(shù)來創(chuàng)建對(duì)象，并將其保存在一個(gè)靜態(tài)成員變量中。此后所有對(duì)于該函數(shù)的調(diào)用都將返回這一緩存對(duì)象。

如果你的代碼能夠訪問單例類，那它就能調(diào)用單例類的靜態(tài)方法。無論何時(shí)調(diào)用該方法，它總是會(huì)返回相同的對(duì)象。

真實(shí)世界類比

政府是單例模式的一個(gè)很好的示例。一個(gè)國家只有一個(gè)官方政府。不管組成政府的每個(gè)人的身份是什么， “某政府” 這一稱謂總是鑒別那些掌權(quán)者的全局訪問節(jié)點(diǎn)。

單例模式結(jié)構(gòu)

單例（Singleton）類聲明了一個(gè)名為 getInstance獲取實(shí)例的靜態(tài)方法來返回其所屬類的一個(gè)相同實(shí)例。

單例的構(gòu)造函數(shù)必須對(duì)客戶端（Client）代碼隱藏。調(diào)用 獲取實(shí)例方法必須是獲取單例對(duì)象的唯一方式。

偽代碼

在本例中，數(shù)據(jù)庫連接類即是一個(gè)單例。該類不提供公有構(gòu)造函數(shù)，因此獲取該對(duì)象的唯一方式是調(diào)用 獲取實(shí)例方法。該方法將緩存首次生成的對(duì)象，并為所有后續(xù)調(diào)用返回該對(duì)象。

// 數(shù)據(jù)庫類會(huì)對(duì)`getInstance（獲取實(shí)例）`方法進(jìn)行定義以讓客戶端在程序各處
// 都能訪問相同的數(shù)據(jù)庫連接實(shí)例。
class Database is
    // 保存單例實(shí)例的成員變量必須被聲明為靜態(tài)類型。
    private static field instance: Database
    // 單例的構(gòu)造函數(shù)必須永遠(yuǎn)是私有類型，以防止使用`new`運(yùn)算符直接調(diào)用構(gòu)
    // 造方法。
    private constructor Database() is
        // 部分初始化代碼（例如到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的實(shí)際連接）。
        // ……
    // 用于控制對(duì)單例實(shí)例的訪問權(quán)限的靜態(tài)方法。
    public static method getInstance() is
        if (Database.instance == null) then
            acquireThreadLock() and then
                // 確保在該線程等待解鎖時(shí)，其他線程沒有初始化該實(shí)例。
                if (Database.instance == null) then
                    Database.instance = new Database()
        return Database.instance
    // 最后，任何單例都必須定義一些可在其實(shí)例上執(zhí)行的業(yè)務(wù)邏輯。
    public method query(sql) is
        // 比如應(yīng)用的所有數(shù)據(jù)庫查詢請(qǐng)求都需要通過該方法進(jìn)行。因此，你可以
        // 在這里添加限流或緩沖邏輯。
        // ……
class Application is
    method main() is
        Database foo = Database.getInstance()
        foo.query("SELECT ……")
        // ……
        Database bar = Database.getInstance()
        bar.query("SELECT ……")
        // 變量 `bar` 和 `foo` 中將包含同一個(gè)對(duì)象。

單例模式適合應(yīng)用場景

如果程序中的某個(gè)類對(duì)于所有客戶端只有一個(gè)可用的實(shí)例，可以使用單例模式。

單例模式禁止通過除特殊構(gòu)建方法以外的任何方式來創(chuàng)建自身類的對(duì)象。該方法可以創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，但如果該對(duì)象已經(jīng)被創(chuàng)建，則返回已有的對(duì)象。

如果你需要更加嚴(yán)格地控制全局變量，可以使用單例模式。

單例模式與全局變量不同，它保證類只存在一個(gè)實(shí)例。除了單例類自己以外，無法通過任何方式替換緩存的實(shí)例。

請(qǐng)注意，你可以隨時(shí)調(diào)整限制并設(shè)定生成單例實(shí)例的數(shù)量，只需修改 獲取實(shí)例方法，即 getInstance 中的代碼即可實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)方式

在類中添加一個(gè)私有靜態(tài)成員變量用于保存單例實(shí)例。
聲明一個(gè)公有靜態(tài)構(gòu)建方法用于獲取單例實(shí)例。
在靜態(tài)方法中實(shí)現(xiàn)"延遲初始化"。該方法會(huì)在首次被調(diào)用時(shí)創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，并將其存儲(chǔ)在靜態(tài)成員變量中。此后該方法每次被調(diào)用時(shí)都返回該實(shí)例。
將類的構(gòu)造函數(shù)設(shè)為私有。類的靜態(tài)方法仍能調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，但是其他對(duì)象不能調(diào)用。
檢查客戶端代碼，將對(duì)單例的構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用替換為對(duì)其靜態(tài)構(gòu)建方法的調(diào)用。

單例模式優(yōu)缺點(diǎn)

你可以保證一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例。
你獲得了一個(gè)指向該實(shí)例的全局訪問節(jié)點(diǎn)。
僅在首次請(qǐng)求單例對(duì)象時(shí)對(duì)其進(jìn)行初始化。
違反了單一職責(zé)原則。該模式同時(shí)解決了兩個(gè)問題。
單例模式可能掩蓋不良設(shè)計(jì)，比如程序各組件之間相互了解過多等。
該模式在多線程環(huán)境下需要進(jìn)行特殊處理，避免多個(gè)線程多次創(chuàng)建單例對(duì)象。
單例的客戶端代碼單元測試可能會(huì)比較困難，因?yàn)樵S多測試框架以基于繼承的方式創(chuàng)建模擬對(duì)象。由于單例類的構(gòu)造函數(shù)是私有的，而且絕大部分語言無法重寫靜態(tài)方法，所以你需要想出仔細(xì)考慮模擬單例的方法。要么干脆不編寫測試代碼，或者不使用單例模式。