设计模式：单例模式（使用c++分别实现饿汉式单例、带双重检查锁定机制的懒汉式单例以及IoDH技术的单例）

引言

在软件开发中，单例模式是一种很常用的设计模式。它确保类只有一个实例，并提供全局访问点，以便在整个应用程序中共享这个实例。比如我们的日志系统、数据库连接池、线程池等等都会用到。
本文将讨论三种常见的单例模式实现方式，分别是饿汉式单例、带双重检查锁定机制的懒汉式单例以及IoDH技术的单例。通过这三种实现方式，可以更好地理解单例模式的概念和使用。

正文

1. 饿汉式单例

饿汉式单例是指在程序初始化阶段就创建出唯一的实例。它的特点是类在加载时就创建对象，所以不存在线程安全问题。以下是一个使用C++实现的饿汉式单例的示例代码

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    Singleton() {}

public:
    static Singleton* getInstance() {
        return instance;
    }
};

// 在类外初始化静态成员变量
Singleton* Singleton::instance = new Singleton();

2. 带双重检查锁定机制的懒汉式单例

懒汉式单例是指在需要使用实例时才进行创建。它的特点是在多线程环境下，需要进行双重检查锁定，以确保只有一个实例被创建。以下是一个使用C++实现的带双重检查锁定机制的懒汉式单例的示例代码

#include 

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    static std::mutex mtx;

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    Singleton() {}

public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
            if (instance == nullptr) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr;
std::mutex Singleton::mtx;

3. IoDH技术的单例

IoDH（Initialization-on-Demand Holder）技术是一种结合了饿汉式和懒汉式单例的实现方式。它是利用了静态局部变量的特性，在需要时才创建实例，并且在多线程环境下也能确保线程安全。以下是一个使用C++实现的IoDH技术的单例的示例代码

class Singleton {
private:
    Singleton() {}

public:
    static Singleton* getInstance() {
        static Singleton instance;
        return &instance;
    }
};

结论

优点

饿汉式单例

天然支持多线程。

带双重检查锁定机制的懒汉式单例

延迟创建，系统初始化时负荷小。

IoDH技术的单例

支持多线程，同时支持延迟创建。

缺点

饿汉式单例

①初始化负荷大。②资源浪费，可能场景为系统在启动很长时间内不适用该单例的实例对象，或者甚至在声明周期内不适用。③对于c++这种没有垃圾回收机制的语言还好，对于golang或者java这种有垃圾回收的语言，可能会存在单例一开始被创建好了，中途因为长时间不用，又被回收了，用的时候又会再次创建，导致反复的开销。

带双重检查锁定机制的懒汉式单例

每次获取单例对象都需要加锁，影响系统性能。比如系统系统打日志，每次都需要去获取获取锁，多线程之间就会有严重的竞争，导致性能下降。

IoDH技术的单例

无缺点，暂时是完美的。