編程旅途是漫長遙遠的，在不同時刻有不同的感悟，本文會一直更新下去，
思考總結
什么是單例模式
單例模式（Singleton Pattern）屬于創建型模式，它提供了一種創建物件的最佳方式，
單例模式：保證一個類僅有一個實體，并提供一個訪問它的全域訪問點，
含義：
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這種模式涉及到一個單一的類，該類負責創建自己的物件，同時確保只有單個物件被創建，這個類提供了一種訪問其唯一的物件的方式，可以直接訪問，不需要實體化該類的物件，
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職責角度看，實體化與否不應該由使用方判斷，而是應該由自己來判斷，將實體化判斷程序遷移到
GetInstance()函式， -
Singleton類封裝它的唯一實體，這樣它可以嚴格地控制客戶怎樣訪問它以及何時訪問它，簡單地說就是對唯一實體的受控訪問，我們可以更改
GetInstance()函式添加條件和引數實作受控訪問，
注意：
- 單例類必須自己創建自己的唯一實體，
- 單例類必須給所有其他物件提供這一實體，
- 通常情況下，單例類只能有一個實體，
- 在特殊情況下，你可以隨時調整限制并設定生成單例實體的數量， 只需修改獲取實體方法， 即 getInstance 中的代碼即可實作，
實作方式：
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將默認建構式設為私有， 防止其他物件使用單例類的 new 運算子，
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新建一個靜態構建方法作為建構式，該函式會“偷偷”呼叫私有建構式來創建物件，并將其保存在一個靜態成員變數中，此后所有對于該函式的呼叫都將回傳這一快取物件（判斷系統是否已經有這個單例，如果有則回傳，如果沒有則創建）
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檢查客戶端代碼，將對單例的建構式的呼叫替換為對其靜態構建方法的呼叫，
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需要私有靜態成員變數保存單例、公有靜態構建方法獲取單例、類的建構式私有化保護單例實體，
應用實體：
- 1、一個班級只有一個班主任，
- 2、Windows 是多行程多執行緒的，在操作一個檔案的時候，就不可避免地出現多個行程或執行緒同時操作一個檔案的現象，所以所有檔案的處理必須通過唯一的實體來進行，
- 3、一些設備管理器常常設計為單例模式，比如一個電腦有兩臺列印機，在輸出的時候就要處理不能兩臺列印機列印同一個檔案，
優點：
- 1、在記憶體里只有一個實體，減少了記憶體的開銷，尤其是頻繁的創建和銷毀實體（比如管理學院首頁頁面快取），
- 2、避免對資源的多重占用（比如寫檔案操作），
缺點：
- 違反了單一職責原則，該模式同時解決了兩個問題，
- 單例模式可能掩蓋不良設計，比如程式各組件之間相互了解過多等，
- 該模式在多執行緒環境下需要進行特殊處理，避免多個執行緒多次創建單例物件，
- getInstance() 方法中需要使用同步鎖防止多執行緒同時進入造成 instance 被多次實體化，
- 單例的客戶端代碼單元測驗可能會比較困難，因為許多測驗框架以基于繼承的方式創建模擬物件，由于單例類的建構式是私有的，而且絕大部分語言無法重寫靜態方法，所以你需要想出仔細考慮模擬單例的方法，要么干脆不撰寫測驗代碼，或者不使用單例模式，
使用場景：
- 1、要求生產唯一序列號，
- 2、WEB 中的計數器，不用每次重繪都在資料庫里加一次，用單例先快取起來，
- 3、創建的一個物件需要消耗的資源過多，比如 I/O 與資料庫的連接等，
與其他模式的關系：
- 外觀類通常可以轉換為單例類，因為在大部分情況下一個外觀物件就足夠了，
- 如果你能將物件的所有共享狀態簡化為一個享元物件，那么享元就和單例類似了，但這兩個模式有兩個根本性的不同，
- 只會有一個單例物體，但是享元類可以有多個物體，各物體的內在狀態也可以不同，
- 單例物件可以是可變的，享元物件是不可變的，
- 抽象工廠、生成器和原型都可以用單例來實作，
雙重”鎖定“
原子操作，是并發編程中”最小的且不可并行化“的操作，本案例中使用原子操作配合互斥鎖實作了非常高效的單例模式，互斥鎖的代價比普通整數的原子讀寫高很多，所以在性能敏感的地方添加一個initialized標志位，通過原子檢測標志位狀態降低互斥鎖的次數來提高性能，（也可以使用實體來進行判斷，在實體未被創建的時候再加鎖處理）
在互斥鎖之后還要判斷實體是否存在，是因為當多執行緒的時候，當一個執行緒處理完退出解鎖，另一個在排隊等候的執行緒進入后如果沒有實體的判斷，那么會再生成一遍實體，沒有達到單例的目的，
靜態初始化
C# 提供了靜態初始化的方法，這種方法可以解決多執行緒環境下不安全的原因，
C# 給類添加sealed關鍵字防止子類繼承產生多個單例、給靜態欄位添加readonly修改為只讀狀態，意味著只能在靜態初始化期間或在類建構式中分配變數，
這種靜態初始化的方式是在自己被加載時就將自己實體化，所以被形象地稱之為餓漢式單例類，原先的單例模式處理方式是要在被第一次參考時才會自己實體化，這叫懶漢式初始化，
餓漢式初始化是類一加載就實體化的物件，所以要提前占用系統資源，然而懶漢式，又會面臨多執行緒訪問的安全性問題，需要做雙重鎖定才能保證安全，
在golang實作靜態初始化，實際上只要把實體化的程序移動到當前檔案的init函式中，在包被加載的程序中，會首先運行各個檔案的init函式，再運行main函式，
實用類與單例類的比較
在C#經常有工具類之說，這個工具類包含許多靜態方法和靜態屬性，但是這種實用類沒有單例類的狀態，實用類不能用于繼承多臺，而單例類雖然實體唯一，但是可以有子類來繼承，實用類是一些方法屬性的集合，單例是有著唯一物件的實體，
程式介紹
本程式實作了單例模式，三個作業者需要各自找到電梯搭乘！電梯只有一個！
PS C:\Users\小能喵喵喵\Desktop\設計模式\單例模式> go run .
向海寧 正在搭乘電梯!
田海彬 正在搭乘電梯!
程式代碼
singleton.go
package main
import (
"fmt"
"sync"
"sync/atomic"
)
type People string
type Elevator struct {
passengers map[People]bool
}
var (
elevator *Elevator
initialized uint32
mu sync.Mutex
)
// 餓漢式單例
func init() {
initialized = 1
elevator = &Elevator{make(map[People]bool)}
}
// 乘客進電梯
func (p People) intoElevator() {
e := ElevatorGetInstance()
e.passengers[p] = true
}
// 乘客出電梯
func (p People) outElevator() {
e := ElevatorGetInstance()
delete(e.passengers, p)
}
// 乘客按下電梯樓層按鈕
func (p People) pressButton() {
e := ElevatorGetInstance()
e.start()
}
// 電梯開始運作
func (e *Elevator) start() {
for k := range e.passengers {
fmt.Println(k, "正在搭乘電梯!")
}
}
// 由于Golang不支持靜態方法、靜態欄位，所以使用純函式替代面向物件中的靜態方法
// 乘客想知道電梯在哪,單例模式
func ElevatorGetInstance() *Elevator {
if atomic.LoadUint32(&initialized) == 1 {
return elevator
}
mu.Lock()
defer mu.Unlock()
// ^ 懶漢式單例
if elevator == nil {
elevator = &Elevator{make(map[People]bool)}
atomic.StoreUint32(&initialized, 1)
}
return elevator
}
main.go
package main
// 單例模式
// by 小能喵喵喵 2022年9月8日
func main() {
var workerA, workerB, workerC People = "陳冰", "向海寧", "田海彬"
workerA.intoElevator()
workerB.intoElevator()
workerC.intoElevator()
// workerA 發現自己電梯坐錯了
workerA.outElevator()
// workerB 按下了電梯按鈕
workerB.pressButton()
}
Console
PS C:\Users\小能喵喵喵\Desktop\設計模式\單例模式> go run .
向海寧 正在搭乘電梯!
田海彬 正在搭乘電梯!
補充C#單執行緒單例實作
class Singleton
{
private static Singleton instance;
private Singleton() //使用 private 欄位外界無法使用new手動創建實體，只能通過靜態方法創建
{
}
public static Singleton GetInstance()
{
if(instance == null)
{
instance = new Singleton();
}
return instance
}
}
所有類都有構造方法，不編碼則系統默認生成空的構造方法，若有顯示定義的構造方法，默認的構造方法就會失效，
參考資料
- 《Go語言核心編程》李文塔
- 《Go語言高級編程》柴樹彬、曹春輝
- 《大話設計模式》程杰
- 《深入設計模式》亞歷山大·什韋茨
- 單例模式 | 菜鳥教程
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