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Go語言優(yōu)雅實(shí)現(xiàn)單例模式的多種方式

更新時(shí)間：2025年02月06日 08:20:36 作者：燭陰

單例模式（Singleton Pattern）是一種設(shè)計(jì)模式,旨在保證一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例,并且提供全局訪問點(diǎn),單例模式通常用于需要限制某個(gè)對(duì)象的實(shí)例數(shù)量為一個(gè)的場(chǎng)景,本文給大家介紹了Go語言實(shí)現(xiàn)單例模式的多種方式,需要的朋友可以參考下

單例模式的基本定義

單例模式（Singleton Pattern）是一種設(shè)計(jì)模式，旨在保證一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，并且提供全局訪問點(diǎn)。單例模式通常用于需要限制某個(gè)對(duì)象的實(shí)例數(shù)量為一個(gè)的場(chǎng)景，比如數(shù)據(jù)庫(kù)連接池、日志管理器、配置管理器等。

Go語言單例模式的實(shí)現(xiàn)

1. 線程安全的懶漢式單例

懶漢式的實(shí)現(xiàn)會(huì)延遲實(shí)例的創(chuàng)建，直到第一次調(diào)用時(shí)才會(huì)實(shí)例化對(duì)象。為了保證并發(fā)情況下的安全性，我們需要使用 sync.Once 來確保實(shí)例只會(huì)創(chuàng)建一次。

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

var wg sync.WaitGroup

// Singleton 類型
type Singleton struct {
}

var instance *Singleton
var once sync.Once

// GetInstance 提供全局唯一的實(shí)例
func GetInstance() *Singleton {

	once.Do(func() {
		instance = &Singleton{}
	})
	return instance
}

func main() {
	// 獲取單例實(shí)例
	for i := 0; i < 10; i++ {
		wg.Add(1)
		go func(index int) {
			defer wg.Done()
			s1 := GetInstance()
			fmt.Printf("index %d, memery address: %p\n", index, s1)
		}(i)

	}
	wg.Wait()
}

結(jié)果

index 0, memery address: 0x56c480
index 5, memery address: 0x56c480
index 4, memery address: 0x56c480
index 2, memery address: 0x56c480
index 7, memery address: 0x56c480
index 9, memery address: 0x56c480
index 6, memery address: 0x56c480
index 8, memery address: 0x56c480
index 3, memery address: 0x56c480
index 1, memery address: 0x56c480

解析：

sync.Once：Go標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供的一個(gè)同步原語，確保某個(gè)函數(shù)只會(huì)被調(diào)用一次。它在并發(fā)情況下保證了線程安全。
once.Do：此方法確保傳入的函數(shù)只執(zhí)行一次，適用于懶加載單例實(shí)例。

2. 雙重檢查鎖定（DCL）

雙重檢查鎖定是一種優(yōu)化方式，它通過在兩次檢查實(shí)例時(shí)，減少了加鎖的開銷，提高了性能。

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

var wg sync.WaitGroup

// Singleton 類型
type Singleton struct {
}

var instance *Singleton
var lock sync.Mutex

func GetInstance() *Singleton {
	if instance == nil {
		lock.Lock()
		defer lock.Unlock()
		if instance == nil {
			instance = &Singleton{}
		}
	}
	return instance
}

func main() {
	// 獲取單例實(shí)例
	for i := 0; i < 10; i++ {
		wg.Add(1)
		go func(index int) {
			defer wg.Done()
			s1 := GetInstance()
			fmt.Printf("index %d, memery address: %p\n", index, s1)
		}(i)

	}
	wg.Wait()
}

解析：

雙重檢查：第一次檢查實(shí)例是否為 nil，如果是，則加鎖。然后再次檢查實(shí)例是否為 nil，如果是則創(chuàng)建實(shí)例。
鎖的優(yōu)化：只有在實(shí)例尚未創(chuàng)建時(shí)才會(huì)加鎖，避免了每次獲取實(shí)例時(shí)都需要加鎖的性能損耗。

3. 原子操作法

Go 語言的 sync/atomic 包提供了原子操作，我們可以利用它來確保單例的線程安全。

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
	"sync/atomic"
	"unsafe"
)

var wg sync.WaitGroup

type Singleton struct {
}

var instance unsafe.Pointer

func GetInstance() *Singleton {
	// 使用原子操作獲取實(shí)例
	if atomic.LoadPointer(&instance) == nil {
		newInstance := &Singleton{}
		atomic.StorePointer(&instance, unsafe.Pointer(newInstance))
	}
	return (*Singleton)(atomic.LoadPointer(&instance))
}

func main() {
	// 獲取單例實(shí)例
	for i := 0; i < 10; i++ {
		wg.Add(1)
		go func(index int) {
			defer wg.Done()
			s1 := GetInstance()
			fmt.Printf("index %d, memery address: %p\n", index, s1)
		}(i)

	}
	wg.Wait()
}

解析：

unsafe.Pointer：在Go中，unsafe.Pointer 可以用來繞過類型系統(tǒng)，直接處理內(nèi)存地址。通過原子操作確保實(shí)例賦值的安全性。
atomic.LoadPointer 和 atomic.StorePointer：原子加載和存儲(chǔ)指針，確保操作的線程安全性。