用途

保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

示例

让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例可以被创建（通过截取创建新对象的请求），并且它可以提供一个访问该实例的方法。

适用性

• 唯一实例应该是通过子类化可扩展的，并且客户应该无须更改代码就能使用一个扩展的实例时。
• 类只能有一个实例而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它时。

结构

• Singleton：定义一个 Instance 操作，允许客户访问它的唯一实例。Instance 是 一个类操作（即 Java 中的一个类方法和 C++中的一个静态成员函数）。

客户只能通过 Singleton 的 Instance 操作访问一个 Singleton 的实例。

优缺点

• 对唯一实例的受控访问：因为 Singleton 类封装它的唯一实例，所以它可以严格地控制客户怎样以及何时访问它。
• 缩小名字空间：Singleton 模式是对全局变量的一种改进，它避免了那些存储唯一实例的全局变量污染名字空间。
• 允许可变数目的实例：可以用相同的方法来控制应用所使用的实例的数目。
• 比类操作更灵活：C++等语言不允许一个类有多个实例。此外，C++中的静态成员函数不是虚函数，因此子类不能多态地重定义它们。

实现

类型定义 方法实现：在 Instance 方法中懒初始化

• 注意构造器是 protected 的。试图直接实例化 Singleton 的客户将得到一个编译时的错误信息。这就保证了仅有一个实例可以被创建。

• 关于全局变量法实现单例的问题：在 C++中将单件定义为一个全局或静态的对象，然后依赖于自动初始化，这是不够的（应当使用静态成员函数）。这是因为：

  • 不能保证静态对象只有一个实例会被声明
  • 可能没有足够的信息在静态初始化时实例化每一个单件（例如初始化需要依赖后续计算的值）
  • C++没有定义转换单元（translation unit）上全局对象的构造器的调用顺序

• 使用一个 Singleton 创建不同类型的单件

  • 由 Singleton 派生子类，不同子类用于创建不同单件
  • 对于 C++：在不同的文件中创建不同的 Singleton 的实现，然后链接时选择具体的实现。
  • 使用单件注册表：可能的 Singleton 类的集合不是由 Instance 定义的。Singleton 类可以根据名字在一个众所周知的注册表（存储实例名→单件实例的映射关系）中注册它们的单件实例；收到请求时查询相应的单件（如果存在的话）并返回它。
    • Singleton 类不再负责创建单件。它的主要职责是使得供选择的单件对象在系统中可以被访问
    • 所有可能的 Singleton 子类的实例都必须被创建，否则它们不会被注册

如何实现单件注册表：

• Singleton 类提供注册、查询、创建实例的接口
• Singleton 类可以在其构造器中注册自己。例如， MySingleton 子类可以像下面这样做（需要在包含 MySingleton 实现的文件中以静态实例的形式创建该对象，从而调用注册方法）：