聊聊 Go 中的单例模式

Go Golang

发布日期: 2024-07-08

文章字数: 1.1k

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单例模式在软件开发中是一种常见的设计模式，用于确保一个类在任何情况下都仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

在 Go 语言中，实现单例模式通常有两种方式：饿汉式 和 懒汉式。

今天，我们就来详细了解这两种实现方式，并通过简单易懂的代码示例解释相关概念。

饿汉式单例模式

饿汉式单例模式的核心思想是：类加载时就创建实例。由于 Go 语言不同于 Java，没有显式的类概念，我们通常使用结构体来模拟类的行为。下面是一个饿汉式单例模式的实现示例：

// 饿汉式单例模式
package main

type singleton struct {
    count int
}

// 饿汉式单例，程序启动即初始化
var Instance = new(singleton)

// Add 方法用于累加并返回计数值
func (s *singleton) Add() int {
    s.count++
    return s.count
}

在这个例子中，我们定义了一个 singleton 结构体，并在程序启动时通过 var 声明即初始化了 Instance。这样就保证了 Instance 是全局唯一的，并且在第一次使用前就已经准备好了。

懒汉式单例模式

与饿汉式相比，懒汉式单例模式在第一次需要时才创建实例，可以延迟初始化资源。这在某些情况下可以节省资源，但需要考虑并发环境下的线程安全问题。

在 Go 语言中，可以使用双重检查锁定模式（Double-checked Locking）来解决线程安全问题。

下面是懒汉式单例模式的实现示例：

// 懒汉式单例模式
package main

import (
	"sync"
)

type singleton struct {
	count int
}

var (
	instance *singleton
	mutex    sync.Mutex
)

// New 实例化一个对象
// 这里采用了【双重检查】
// 假设 goroutine X 和 Y 几乎同时调用 New 函数
// 当它们同时进入此函数时，instance 变量值是 nil 因此 goroutine X 和 Y 会同时到达【位置1】
// 假设 goroutine X 会先到达【位置2】，并进入 mutex.Lock() 到达【位置3】，这时，由于 mutex.Lock() 的同步限制
// goroutine Y 无法到达【位置3】只能在【位置2】等候
// goroutine X 执行 instance = new(singleton) 语句，使得 instance 变量得到一个值，此时 goroutine Y 还是只能在【位置2】等候
// goroutine X 释放锁，返回 instance 变量，退出 New 函数
// goroutine Y 进入 mutex.Lock() 到达【位置3】，进而到达【位置4】。由于此时 instance 变量已经不是 nil，因此 goroutine Y 释放锁
// 可见，锁仅用来避免多个 goroutine 同时实例化 singleton
func New() *singleton {
	if instance == nil { // 【位置1】
		// 这里可能有多于一个 goroutine 同时到达 【位置2】
		mutex.Lock()
		// 这里每个时刻只会有一个 goroutine 到达  【位置3】
		if instance == nil { // 【位置4】
			instance = new(singleton)
		}
		mutex.Unlock()
	}

	return instance
}

func (s *singleton) Add() int {
	s.count++
	return s.count
}

在这个例子中，我们使用 mutex 来保护 instance 的创建过程，确保即使在多个 goroutine 同时调用 New() 时，实例也只会被创建一次。这种方法称为“双重检查”，因为每次调用 New() 时会进行两次 instance 是否为 nil 的检查：一次在加锁前，一次在加锁后。