单例模式 - 元素码农

发布时间: 2025-03-21 10:57

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# 单例模式

## 定义
单例模式（Singleton Pattern）是一种创建型设计模式，它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实例。单例模式是最简单的设计模式之一，但在实现时需要注意线程安全问题。

## 适用场景
- 需要控制资源的共享访问，如数据库连接池
- 需要节省系统资源的对象，如配置管理器
- 需要全局状态管理的场景，如日志记录器
- 需要协调系统行为的场景，如任务调度器

## 结构图
```mermaid
classDiagram
    class Singleton {
        -instance *Singleton
        -Singleton()
        +GetInstance() *Singleton
        +BusinessLogic()
    }
    note for Singleton "确保只有一个实例"
```

## 实现方式

### 1. 懒汉式（延迟加载）
```go
package singleton

import "sync"

type singleton struct {}

var (
    instance *singleton
    mu       sync.Mutex
)

// 双重检查锁定（Double-Check Locking）
func GetInstance() *singleton {
    if instance == nil {
        mu.Lock()
        defer mu.Unlock()
        if instance == nil {
            instance = &singleton{}
        }
    }
    return instance
}
```

### 2. sync.Once实现（推荐）
```go
package singleton

import "sync"

type singleton struct {}

var (
    instance *singleton
    once     sync.Once
)

// 使用sync.Once保证只执行一次
func GetInstance() *singleton {
    once.Do(func() {
        instance = &singleton{}
    })
    return instance
}
```

### 3. 饿汉式（初始化即创建）
```go
package singleton

type singleton struct {}

var instance = &singleton{}

func GetInstance() *singleton {
    return instance
}
```

## Go语言最佳实践

1. **优先使用sync.Once**
   - Go语言标准库提供的sync.Once是实现单例最优雅的方式
   - 保证线程安全且性能优秀

2. **包级别变量**
   - 利用Go语言包级别变量的特性实现单例
   - 包初始化时自动创建实例

3. **接口设计**
```go
package singleton

type Singleton interface {
    DoSomething()
}

type singleton struct{}

var (
    instance Singleton
    once     sync.Once
)

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

## 优缺点分析

### 优点
- 保证一个类只有一个实例，严格控制访问
- 延迟初始化，提高性能
- 避免资源浪费
- 提供全局访问点

### 缺点
- 违反单一职责原则，一个类承担了两个职责
- 可能掩盖不良设计，如全局状态管理不当
- 单元测试困难，因为无法轻易模拟
- 并发环境下需要特别注意实现方式

## 使用建议

1. **合理使用**
   - 确实需要全局唯一实例时才使用
   - 避免用单例管理可变状态

2. **线程安全**
   - Go中优先使用sync.Once
   - 避免使用双重检查锁定

3. **测试友好**
   - 考虑使用依赖注入
   - 设计时预留测试扩展点

4. **初始化时机**
   - 根据需求选择懒汉式或饿汉式
   - 考虑启动性能和资源占用