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06.Singleton/06.Singleton.md

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+# “天上天下，唯我独尊”——单例模式
+```
+你能在电脑上调出两个Windows任务管理器吗？
+假设能，如果两个管理器显示的数据相同，那何必要存在两个呢？
+如果两个管理器显示的数据不同，那我该相信哪一个呢？
+```
+
+试试看，应该有且仅有一个吧？一个系统里有且仅有一个Windows任务管理器实例供外界访问 。如何保证系统里有且仅有一个实例对象呢？并且能够供外界访问？你可以在系统里定义一个统一的全局变量，但这并不能防止创建多个对象（想一想，为什么？）这就是单例模式的典型应用。
+
+对于一个软件系统中的某些类来说，只有一个实例很重要。假设Windows系统上可以同时调出两个Windows任务管理器，这两个任务管理器显示的都是同样的信息，那势必造成内存资源的浪费；如果这两个任务管理器显示的是不同的信息，这也给用户带来了困惑，到底哪一个才是真实的状态？
+## 1.单例模式简介
+单例模式定义：
+```
+单例模式：
+确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问这个唯一实例。
+```
+单例模式有3个要点：
+- 这个类只能有一个实例；
+- 它必须自己创建这个实例；
+- 它必须自己向整个系统提供这个实例。
+## 2.单例模式结构
+单例模式结构非常简单，其UML图如下所示，只包含一个类，即单例类。为防止创建多个对象，其构造函数必须是私有的（外界不能访问）。另一方面，为了提供一个全局访问点来访问该唯一实例，单例类提供了一个公有方法getInstance来返回该实例。
+
+![avatar](https://github.com/FengJungle/DesignPattern/blob/master/06.Singleton/1.Picture/%E5%8D%95%E4%BE%8B%E6%A8%A1%E5%BC%8FUML%E5%9B%BE.png)
+
+## 3.单例模式代码及效果
+### 3.1.单例模式代码及验证
+单例模式代码：
+```
+#ifndef __SINGLETON_H__
+#define __SINGLETON_H__
+ 
+#include <iostream>
+#include <string.h>
+using namespace std;
+ 
+//抽象产品类AbstractBall
+class Singleton
+{
+public:
+	static Singleton* getInstance(){
+		if (instance == NULL){
+			printf("创建新的实例\n");
+			instance = new Singleton();
+		}
+		return instance;
+	}
+private:
+	Singleton(){}
+ 
+	static Singleton* instance;
+};
+ 
+Singleton* Singleton::instance = NULL;
+ 
+#endif //__SINGLETON_H__
+```
+可以看到，构造函数是私有的（private），即单例模式对象只能在类内部实例化（这就满足了单例模式的第二个要点）​。同时，实例对象instance是静态static的，也就是全局的，假设客户端实例化了两个Singleton，但instance只有一个（这就满足了第一个要点）​。那第三个要点如何满足呢？即外界如何获取​单例对象呢？上述代码中定义了一个方法（同样也是static的）getInstance(). 接下来看看客户端如何使用​。
+
+客户端代码验证：
+```
+int main()
+{
+	Singleton *s1 = Singleton::getInstance();
+	Singleton *s2 = Singleton::getInstance();
+ 
+	system("pause");
+	return 0;
+}
+```
+效果如下图：
+![avatar](https://github.com/FengJungle/DesignPattern/blob/master/06.Singleton/1.Picture/%E8%BF%90%E8%A1%8C%E5%9B%BE1.png)
+
+### 3.2.多线程环境测试单例模式
+上述的客户端验证似乎说明上述代码实现了单例模式。的确是实现了，但是这样真的安全吗？试想在多线程环境里，当两个线程(甚至更多线程）同时使用，同样存在创建了多个实例的隐患。下面的代码是在多线程环境下进行的测试：
+```
+/*非线程安全 单例模式*/
+#include <process.h>
+#include <Windows.h>
+#define THREAD_NUM 5
+ 
+unsigned int __stdcall CallSingleton(void *pPM)
+{
+	Singleton *s = Singleton::getInstance();
+	int nThreadNum = *(int *)pPM; 
+	Sleep(50);
+	printf("线程编号为%d\n", nThreadNum);
+	return 0;
+}
+ 
+int main()
+{
+	HANDLE  handle[THREAD_NUM];
+ 
+	//线程编号
+	int threadNum = 0;
+	while (threadNum < THREAD_NUM)
+	{
+		handle[threadNum] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, CallSingleton, &threadNum, 0, NULL);
+		//等子线程接收到参数时主线程可能改变了这个i的值
+		threadNum++;
+	}
+	//保证子线程已全部运行结束
+	WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);
+ 
+	system("pause");
+	return 0;
+}
+```
+一共创建了5个线程，每个线程里面都试图创建一个单例对象。理论上，最终只有第一个线程（第一个被系统调度的线程）才能打印出“创建新的实例”，然而：
+![avatar](https://github.com/FengJungle/DesignPattern/blob/master/06.Singleton/1.Picture/%E8%BF%90%E8%A1%8C%E5%9B%BE2.png)
+
+上述结果说明，3.1的单例模式的代码并不是线程安全的。
+### 3.3.线程安全的单例模式代码实现
+如何做到线程安全呢？多线程同步与互斥有多重方法，这里Jungle介绍互斥锁这种用法。代码如下：
+```
+#ifndef __SINGLETON_H__
+#define __SINGLETON_H__
+ 
+#include <iostream>
+#include <string.h>
+#include <mutex>
+using namespace std;
+ 
+class Singleton
+{
+public:
+	static Singleton* getInstance(){
+		if (instance == NULL){
+			m_mutex.lock();
+			if (instance == NULL){
+				printf("创建新的实例\n");
+				instance = new Singleton();
+			}
+			m_mutex.unlock();
+		}
+		return instance;
+	}
+private:
+	Singleton(){}
+ 
+	static Singleton* instance;
+	static std::mutex m_mutex;
+};
+ 
+Singleton* Singleton::instance = NULL;
+std::mutex Singleton::m_mutex;
+ 
+#endif //__SINGLETON_H__
+```
+接下来再在多线程环境下测试，结果显示功能正常！
+![avatar](https://github.com/FengJungle/DesignPattern/blob/master/06.Singleton/1.Picture/%E8%BF%90%E8%A1%8C%E5%9B%BE3.png)
+
+## 4.单例模式总结
+- 优点：
+    - 单例模式提供了严格的对唯一实例的创建和访问
+    - 单例模式的实现可以节省系统资源
+- 缺点：
+    - 如果某个实例负责多重职责但又必须实例唯一，那单例类的职责过多，这违背了单一职责原则
+    - 多线程下需要考虑线程安全机制
+    - 单例模式没有抽象层，不方便扩展
+- 适用环境：
+    - 系统只需要一个实例对象
+    - 某个实例只允许有一个访问接口
+