设计模式-10--多例模式（Multition pattern）

一、什么是多例模式（Multition pattern）

多例模式（Multition pattern）是单例模式的一种扩展，它属于对象创建类型的设计模式。在多例模式中，一个类可以有多个实例，并且这些实例都是该类本身。因此，这样的类也被称为多例类。

多例模式的特点是：

1. 多例类可以有多个实例。这意味着你可以根据需求实例化指定数量的对象。
2. 多例类必须能够自我创建并管理自己的实例池。这意味着在查找对象时，如果找不到，则会创建一个新的对象。
3. 多例模式实际上就是限制了对象的数量，并且有可能对对象进行重复使用。

多例模式在某些情况下可以替代单例模式，特别是在需要创建多个实例且每个实例的生命周期独立的情况下。多例模式通常用于设计复杂的系统，例如数据库连接、网络通信等。

二、多例模式的现实应用场景

数据库连接是一种常见的需要使用多例模式的应用场景。

在数据库应用中，通常需要为每个客户端请求创建一个数据库连接。然而，创建新的数据库连接是一项开销较大的操作，而且如果每个请求都创建新的连接，会很快耗尽系统的资源。因此，我们通常会使用多例模式来管理数据库连接。

在这种场景下，我们创建一个数据库连接池，该连接池可以预先创建一定数量的数据库连接，并保存在连接池中。当有新的请求需要连接数据库时，系统会先从连接池中获取一个空闲的连接，如果连接池中没有空闲的连接，则等待一段时间或者创建新的连接。当请求结束后，该连接会被放回连接池中，以供其他请求使用。

通过这种方式，我们可以重复利用已有的连接，避免频繁创建和销毁连接，提高了系统的性能和稳定性。同时，连接池的大小也可以根据实际需要进行调整，以满足系统的需求。

这种应用场景符合多例模式的特点，即需要创建多个实例，并且每个实例的生命周期是独立的。通过多例模式，我们可以更好地管理这些实例，并提高系统的效率和性能。

三、多例模式的几种类型

多例模式可以分为两种情况：有上限多例模式和无上限多例模式。

有上限多例模式的特点是：

1. 多例类可以有多个实例。
2. 多例类必须自己创建自己的实例，并管理自己的实例，和向外界提供自己的实例。

无上限多例模式的特点是：

1. 多例类可以有多个实例。
2. 多例类可以由其他的类创建实例，然后返回。

总之，多例模式是一种创建对象的设计模式，它允许在程序中创建多个对象，并且可以通过某种方式限制对象数量或者允许无限制创建对象。

四、单例模式和多例模式的区别和联系

单例模式和多例模式都是设计模式，但它们之间存在一些关键区别：

1. 对象创建方式：单例模式：确保只有一个对象被创建，该对象通常被存储在一个静态变量中，并在第一次被需要时创建。多例模式：会创建多个对象，每个请求都会创建一个新的对象，通常通过工厂方法或者构造函数来创建对象。
2. 对象实例化策略：单例模式：只有一个实例，要么全局访问，要么通过单例类访问。多例模式：对于每个请求都创建一个新的对象，所以每个请求都有自己的对象实例。
3. 设计目的和原则：单例模式：主要是为了解决实例化问题，避免频繁创建和销毁对象，减少系统开销，主要用于那些只需要一个对象的场景。多例模式：主要解决的是并发问题，即当一个请求改变了对象状态，同时其他请求也在处理这个对象时，会出现问题。

总结来说，单例模式主要是为了节省资源，而多例模式主要是为了解决并发问题。在实际应用中，应根据具体情况选择合适的模式。

五、多例模式的代码样例

以下是一个简单的C++代码示例，演示了多例模式：

#include   
#include   
  
class Multiton {  
public:  
    static Multiton* getInstance(int id) {  
        std::list<Multiton*>::iterator it = instances.begin();  
        for (; it != instances.end(); ++it) {  
            if ((*it)->id == id) {  
                return *it;  
            }  
        }  
        // 如果未找到具有指定id的实例，则创建新的实例并返回其指针  
        Multiton* newInstance = new Multiton(id);  
        instances.push_back(newInstance);  
        return newInstance;  
    }  
  
    void doSomething() {  
        std::cout << "Multiton doing something" << std::endl;  
    }  
  
private:  
    static std::list<Multiton*> instances;  
    int id;  
    Multiton(int id) : id(id) {}  
    ~Multiton() {}  
};  
  
std::list<Multiton*> Multiton::instances = std::list<Multiton*>();  
  
int main() {  
    Multiton* m1 = Multiton::getInstance(1);  
    Multiton* m2 = Multiton::getInstance(2);  
    Multiton* m3 = Multiton::getInstance(3);  
  
    m1->doSomething();  
    m2->doSomething();  
    m3->doSomething();  
  
    std::cout << "m1 address: " << m1 << std::endl;  
    std::cout << "m2 address: " << m2 << std::endl;  
    std::cout << "m3 address: " << m3 << std::endl;  
  
    return 0;  
}

在Multiton类中，定义了一个静态成员函数getInstance(int id)，该函数用于获取具有指定id的Multiton实例的指针。该函数首先遍历instances列表，查找具有指定id的Multiton实例。如果找到了具有指定id的Multiton实例，则返回该实例的指针。如果没有找到，则说明没有创建具有指定id的Multiton实例，通过new运算符创建了一个新的Multiton实例，并将其指针添加到instances列表中，然后返回该实例的指针。

在Multiton类中，还定义了一个成员函数doSomething()，该函数用于执行一些操作。在main函数中，我们创建了三个Multiton实例m1、m2和m3，并通过调用doSomething()函数来执行一些操作。最后，我们打印了这三个实例的地址。

六、使用多例模式需要注意的问题

使用多例模式需要注意以下几个问题：

1. 实例数量的限制：多例模式限制了对象的数量，有可能对对象进行重复使用。因此，必须确保限制对象的数量，以避免过多对象造成资源浪费和系统性能下降。
2. 线程安全问题：多例模式下的对象可能有多个线程同时访问，需要考虑线程安全问题。如果对象包含可变的共享数据，需要采取适当的同步措施来保证线程安全。
3. 依赖管理：多例模式可能会导致对象之间的依赖关系变得复杂。需要仔细管理对象的依赖关系，以避免出现循环依赖或其他问题。
4. 资源管理：多例模式可能会导致资源浪费，特别是当对象不再需要时。需要合理管理资源，及时释放不再使用的对象所占用的资源。
5. 构造函数的安全性：多例模式下的构造函数需要确保安全性，特别是在涉及多个对象之间的依赖关系时。需要仔细设计构造函数，避免出现初始化错误或依赖关系问题。
6. 单例模式的对比：单例模式和多例模式都是创建对象的设计模式，但它们的应用场景和特点有所不同。需要根据具体需求选择合适的模式，并进行相应的设计和管理。