大家好，我是網(wǎng)管，首先我問(wèn)大家一個(gè)問(wèn)題，你們面試的時(shí)候，面試官有沒(méi)有問(wèn)過(guò)你們："你都用過(guò)什么設(shè)計(jì)模式？"，我猜多數(shù)人的回答會(huì)把單例模式，放在第一位。

我："呃… 我用過(guò)單例、工廠、觀察者，反向代理，裝飾器，哨兵"…. "，

面試官內(nèi)心OS："我都沒(méi)用過(guò)這么多...反向代理是什么鬼，這小子背串了吧，不管了先就坡下驢，從頭開始問(wèn)"。

面試官："用過(guò)的挺多哈，那么你能說(shuō)下單例你都在什么情況下用，順便在這張紙上實(shí)現(xiàn)一下單例吧"。

我："當(dāng)需要確保一個(gè)類型，只有一個(gè)實(shí)例時(shí)就需要使用單例模式了"。

面試官："好，那你在紙上實(shí)現(xiàn)一下"

十分鐘后的我："不好意思，我們之前項(xiàng)目里都封裝好了，我只用過(guò)，沒(méi)有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)，所以..."

面試官內(nèi)心OS："好吧，這個(gè)面試KPI要求得進(jìn)行三十分鐘，這還有小二十分鐘呢，隨便再問(wèn)問(wèn)，就讓他回去等信兒吧"

面試卒...

上面是我給大家編的一個(gè)場(chǎng)景，如有雷同，請(qǐng)憋住，不要在工位上笑噴～。單例模式雖然簡(jiǎn)單，不過(guò)還是有一些說(shuō)道兒的，一是應(yīng)用比較廣泛，再來(lái)如果不注意容易在多線程環(huán)境下造成BUG，今天就給大家簡(jiǎn)單說(shuō)下單例模式的應(yīng)用，以及用Go語(yǔ)言怎么正確地實(shí)現(xiàn)單例模式。

單例模式

上面對(duì)話里說(shuō)的沒(méi)錯(cuò)，單例模式是用來(lái)控制類型實(shí)例的數(shù)量的，當(dāng)需要確保一個(gè)類型只有一個(gè)實(shí)例時(shí)，就需要使用單例模式。

由于要控制數(shù)量，那么可想而之只能把實(shí)例的訪問(wèn)進(jìn)行收口，不能誰(shuí)來(lái)了都能 new 一個(gè)出來(lái)，所以單例模式還會(huì)提供一個(gè)訪問(wèn)該實(shí)例的全局端口，一般都會(huì)命名個(gè) GetInstance之類的函數(shù)用作實(shí)例訪問(wèn)的端口。

又因?yàn)樵谑裁磿r(shí)間創(chuàng)建出實(shí)例，單例模式又可以分裂出餓漢模式? 和 懶漢模式，前者適用于在程序早期初始化時(shí)創(chuàng)建已經(jīng)確定需要加載的類型實(shí)例，比如項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例。后者其實(shí)就是延遲加載的模式，適合程序執(zhí)行過(guò)程中條件成立才創(chuàng)建加載的類型實(shí)例。

下面我們用 Go 代碼把這兩種單例模式實(shí)現(xiàn)一下。

餓漢模式

這個(gè)模式用 Go 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)時(shí)，借助 Go 的init函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)特別方便

如果你想了解 Go init 函數(shù)的方方面面，可以看以前的老文章Go語(yǔ)言init函數(shù)你必須記住的六個(gè)特征

下面用單例模式返回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)連接實(shí)例，相信你們?cè)陧?xiàng)目里都見過(guò)類似代碼。

package dao
// 餓漢式單例
// 注意定義非導(dǎo)出類型
type  databaseConn struct{
  ...
}

var dbConn *databaseConn

func init() {
  dbConn = &databaseConn{}
}

// GetInstance 獲取實(shí)例
func Db() *databaseConn {
 return dbConn
}

這里初始化數(shù)據(jù)庫(kù)的細(xì)節(jié)咱們就不多費(fèi)文筆了，實(shí)際情況肯定是從配置中心加載下來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)連接配置再實(shí)例化數(shù)據(jù)庫(kù)的連接對(duì)象。這里有人可能會(huì)有個(gè)問(wèn)題，你這一個(gè)程序進(jìn)程就只有一個(gè)數(shù)據(jù)連接實(shí)例，那這么多請(qǐng)求都用一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接行嗎？

誒，這個(gè)是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)連接的抽象呀，這個(gè)實(shí)例會(huì)維護(hù)一個(gè)連接池，那里才是真正去請(qǐng)求數(shù)據(jù)庫(kù)用的連接。是不是有點(diǎn)暈，有點(diǎn)暈去看看你們項(xiàng)目里這塊的代碼。一般會(huì)看到初始化實(shí)例時(shí)，讓你設(shè)置最大連接數(shù)、閑置連接數(shù)和存活時(shí)間這樣的連接池配置。

懶漢模式

懶漢模式--通俗點(diǎn)說(shuō)就是延遲加載，不過(guò)這塊特別注意，要考慮并發(fā)環(huán)境下，你的判斷實(shí)例是否已經(jīng)創(chuàng)建時(shí)，是不是用的當(dāng)前讀。在一些教設(shè)計(jì)模式的教程里，一般這種情況下會(huì)舉一個(gè)例子--用 Java 雙重鎖實(shí)現(xiàn)線程安全的單例模式，雙重鎖指的是volatile和synchronized。

class Singleton {
    private volatile static Singleton instance = null;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if(instance==null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(instance==null)
                    instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

上面這個(gè)例子里，如果不給instance?屬性加上 volatile?修飾符，那么雖說(shuō)創(chuàng)建的過(guò)程已經(jīng)用synchronized?給類加了鎖，但是有可能讀到的instance?是線程緩存是滯后的，有可能屬性此時(shí)已經(jīng)被其他線程初始化了，所以就必須加上volatile保證當(dāng)前讀（讀主存里屬性的狀態(tài)）。

那么 Go 里邊沒(méi)有volatile?這種機(jī)制，我們?cè)撛趺崔k呢？聰明的你一定能想得出，我們定義一個(gè)實(shí)例的狀態(tài)變量，然后用原子操作atomic.Load、atomic.Store去讀寫這個(gè)狀態(tài)變量，不就是實(shí)現(xiàn)了嗎？像下面這樣：

如果 Go 原子操作你還不熟，請(qǐng)看老文章Golang 五種原子性操作的用法詳解

import "sync"
import "sync/atomic"

var initialized uint32

type singleton struct {
  ...
}

func GetInstance() *singleton {

    if atomic.LoadUInt32(&initialized) == 1 {  // 原子操作 
      return instance
   }

    mu.Lock()
    defer mu.Unlock()

    if initialized == 0 {
         instance = &singleton{}
         atomic.StoreUint32(&initialized, 1)
    }

    return instance
}

確實(shí)，相當(dāng)于把上面 Java 的例子翻譯成用 Go 實(shí)現(xiàn)了，不過(guò)還有另外一種更Go? native 的寫法，比這種寫法更簡(jiǎn)練。如果用 Go 更慣用的寫法，我們可以借助其sync?庫(kù)中自帶的并發(fā)同步原語(yǔ)Once來(lái)實(shí)現(xiàn)：

package singleton

import (
    "sync"
)

type singleton struct {}

var instance *singleton
var once sync.Once

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

關(guān)于sync.One ?的使用和其實(shí)現(xiàn)原理…我發(fā)現(xiàn)我的Go 并發(fā)編程系列?里沒(méi)單獨(dú)寫Once?這個(gè)原語(yǔ)，可能是覺得太簡(jiǎn)單了吧，后期抽空補(bǔ)上吧… 不過(guò)只是原理分析沒(méi)寫，怎么應(yīng)用在Go語(yǔ)言sync包的應(yīng)用詳解里也能找到。

總結(jié)

這篇文章其實(shí)是把單例模式的應(yīng)用，和Go的單例模式版本怎么實(shí)現(xiàn)給大家說(shuō)了一下，現(xiàn)在教程大部分都是用 Java 講設(shè)計(jì)模式的，雖然我們可以直接翻譯，不過(guò)有的時(shí)候 Go 有些更native 的實(shí)現(xiàn)方式，讓實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)約一些。