Go 常见设计模式之单例模式详解

饿汉式

饿汉式实现单例模式非常简单，直接看代码：

package singleton
type singleton struct{}
var instance = &singleton{}
func GetSingleton() *singleton {
	return instance
}

singleton 包在被导入时会自动初始化 instance 实例，使用时通过调用 singleton.GetSingleton() 函数即可获得 singleton 这个结构体的单例对象。

由于单例对象是在包加载时立即被创建出来，所以也就有了这个形象的名称叫作饿汉式。与之对应的另一种实现方式叫作懒汉式，当实例被第一次使用时才会被创建。

需要注意的是，尽管饿汉式实现单例模式如此简单，但大多数情况下仍不被推荐使用，因为如果单例实例化时初始化内容过多，可能造成程序加载用时较长。

懒汉式

接下来我们再来看下如何通过懒汉式实现单例模式：

package singleton
type singleton struct{}
var instance *singleton
func GetSingleton() *singleton {
	if instance == nil {
		instance = &singleton{}
	}
	return instance
}

相较于饿汉式的实现，我们把实例化 singleton 结构体部分的代码移到了 GetSingleton() 函数内部。这样一来，就将对象实例化的步骤延迟到了 GetSingleton() 被第一次调用时。

通过 instance == nil 的判断来实现单例并不十分可靠，当有多个 goroutine 同时调用 GetSingleton() 时无法保证并发安全。

支持并发的单例

如果你用 Go 语言写过并发编程，那么应该可以很快想到解决懒汉式单例模式并发安全问题的方案：

package singleton
import "sync"
type singleton struct{}
var instance *singleton
var mu sync.Mutex
func GetSingleton() *singleton {
	mu.Lock()
	defer mu.Unlock()
	if instance == nil {
		instance = &singleton{}
	}
	return instance
}

我们对代码的主要修改就是在 GetSingleton() 函数最开始加了如下两行代码：

mu.Lock()
defer mu.Unlock()

通过加锁的机制，就可以保证这个实现单例模式的函数是并发安全的。

不过这样也有些问题，因为用了锁机制，每次调用 GetSingleton() 时程序都会进行加锁、解锁的步骤，这样会导致程序性能的下降。

双重锁定

加锁导致程序性能下降，但我们又不得不用锁来保证程序的并发安全，于是有人想出了双重锁定（Double-Check Locking）的方案：

package singleton
import "sync"
type singleton struct{}
var instance *singleton
var mu sync.Mutex
func GetSingleton() *singleton {
	if instance == nil {
		mu.Lock()
		defer mu.Unlock()
		if instance == nil {
			instance = &singleton{}
		}
	}
	return instance
}

可以看到，所谓的双重锁定实际上就是在程序加锁前又加了一层 instance == nil 判断，这样就兼顾了性能和安全两个方面。

不过这段代码看起来有些奇怪，既然外层已经判断了 instance == nil，加锁后却又进行了第二次 instance == nil 判断。其实外层的 instance == nil 判断是为了提高程序的执行效率，因为如果 instance 已经存在，则无需进入 if 逻辑，程序直接返回 instance 即可。这样就免去了原来每次调用 GetSingleton() 都上锁的操作，将加锁的粒度更加精细化。而内层的 instance == nil 判断则是考虑了并发安全，在极端情况下，多个 goroutine 同时走到了加锁这一步，内层判断就起到作用了。

Gopher 惯用方案

虽然我们通过双重锁定机制兼顾和性能和并发安全，但代码有些丑陋，不符合广大 Gopher 的期待。好在 Go 语言在 sync 包中提供了 Once 机制能够帮助我们写出更加优雅的代码：

package singleton
import "sync"
type singleton struct{}
var instance *singleton
var once sync.Once
func GetSingleton() *singleton {
	once.Do(func() {
		instance = &singleton{}
	})
	return instance
}

Once 是一个结构体，在执行 Do 方法的内部通过 atomic 操作和加锁机制来保证并发安全，且 once.Do 能够保证多个 goroutine 同时执行时 &singleton{} 只被创建一次。

其实 Once 并不神秘，其内部实现跟上面使用的双重锁定机制非常类似，只不过把 instance == nil 换成了 atomic 操作，感兴趣的同学可以查看下其对应源码。

总结

以上就是 Go 语言中实现单例模式的几种常用套路，经过对比可以得出结论，最推荐的方式是使用 once.Do 来实现，sync.Once 包帮我们隐藏了部分细节，却可以让代码可读性得到很大提升。

希望此文能对你有所帮助。

到此这篇关于Go 常见设计模式之单例模式详解的文章就介绍到这了,更多相关Go单例模式内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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