Go 常见设计模式之单例模式详解
作者:江湖十年
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。
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