單例模式 (Singleton Pattern)

• Singleton is a creational design pattern that lets you ensure that a class has only one instance, while providing a global access point to this instance

範例 (非書本)

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance;
    Singleton() {} // 私有構造函數，這樣外部無法使用此構造函數來創建多個實例

public:
    // 刪除複製構造函數和賦值操作，確保不能複製此類的實例
    Singleton(Singleton &other) = delete;
    void operator=(const Singleton &) = delete;

    // 獲取 Singleton 類的唯一實例的靜態函數
    static Singleton* getInstance() {
        if (instance == nullptr) { // 如果還沒有創建實例，則創建一個 (Lazy-Init 的概念)
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

    // 示範
    void showMessage() {
        std::cout << "Hello, this is Singleton!" << std::endl;
    }
};

// 初始化靜態 Pointer 為 nullptr
Singleton* Singleton::instance = nullptr;

int main() {
    // 試圖獲取 Singleton 的實例
    Singleton* single = Singleton::getInstance();
    single->showMessage(); // 應該顯示 "Hello, this is Singleton!"
}

什麼時後適合單例模式：

• 單一實例：當你想確保某個類只有一個實例，且該實例可以從系統的任何地方方便地訪問
• 控制資源的訪問：當你需要控制對某些共享資源的訪問，如配置管理或連接池，單例模式可以確保所有對該資源的訪問都是同步和集中的
• 延遲初始化：當某個物件的創建非常昂貴或複雜，且該物件在程序啟動時不必立即可用，則可以使用單例模式來延遲初始化，直到真正需要它為止
  全域狀態：當你需要一個物件來代表某個全域狀態或共享數據，單例可以作為全域點，允許不同部分的系統訪問和更新該狀態

單例模式的類型：

• Lazy Initialization：
  • 單例實例只在第一次請求時創建，這種方式可以節省資源，特別是在實例的創建成本很高時
• Eager Initialization (立即初始化)：
  • 單例實例在程式啟動或該類被加載時就立即創建。這確保了實例在任何情況下都是可用的，但可能會增加啟動時間
• Registry Singleton：
  • 在某些情境下，利用註冊表 (Registry, or Map) 或字典 (Dict) 來保存和管理所有的實例是很有用的，使應用可以隨時存取或注冊新的單例
  • 非常適合在需要動態地創建和管理多個單例時使用，或者當你想避免在編譯時就決定哪些單例會被使用時

Thread-safe Singleton：

• 在多線程環境中，確保單例實例的創建和訪問都是線程安全的。這通常需要加**鎖 (Lock) **機制來達成
• Double Checked Locking：
  • 這是一種特殊的線程安全單例模式，它首先檢查實例是否已經存在，如果不存在，則使用同步塊（synchronized block）進行再次檢查並創建實例。這種方式可以減少同步的開銷

Reference

[1]. https://shengyu7697.github.io/cpp-singleton-pattern/
[2]. https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10225413
[3]. https://refactoring.guru/design-patterns/singleton