杂谈Singleton模式，Monostate以及DCL
[目录]
一句话简介Singleton
局限性
实现手法
优缺点和问题
MonoState vs Singleton
Mutithreading: ACE中的DCL
DCL的应用条件
[前面的一陀]
（明明目录中没有，但还是想写，看来但凡写点文章或者翻译些文章的人，都会想到要搞一陀？）
Singleton可是面试时的老朋友了——平均每个月都会有那么几次
有些面试题上面写着：Apart from Singleton, descirbe a Design Pattern below —— 英语不好的达淫可能要吃亏了
有些应试者在被问到Design Pattern的时候，憋了半天也只能说出一个Singleton —— 于是面瓜（官）们面露邪恶地微笑，满心欢喜道：早就料到你小子不行，哼哼
……
扯点稍远的话题，其实Design Pattern也就是在C风格的语言中显得如此地必要、如此地“经典”、如此地“神圣”……甚至于有了Design Pattern的metaphysics：
——只要你使用了Design Pattern，你就可以做得很好；
——而你做得不够好，是因为你没有使用Design Pattern！
（大家可以联想一下戈培尔的“元首版”）
（计算机编程语言只有2种风格，一种是C语言风格，另一种是LISP风格，像Java语言如此之成功，无外乎是在C风格的基础上向LISP借鉴了一些“智能”因素，这也是近些年来语言设计的万灵大法和花葵红宝典，比如Garbage Collection/ Mix-in/ Closure/ AMB/ Continuation ... etc etc etc）
设计模式在C++/Java语言和社区中很有地位，但是在LISP/SCHEME等语言中，Design Pattern就是一陀陀碍眼的米田共。不信，你可以试着写一个Double-Dispatching Visitor，再看看LISP中的multimethod功能(定义generic function)有多么强大，最后再决定是不是要用C++/Java这样的旧石器时代的工具打造一个Triple-Dispatching Visitor。附带说一句，连JavaScript都把Generic Function添加到ECMA标准中了。
——如果以上的话语深深地伤害了无辜的PLoP fans和模式社区，请将矛头对准Peter Norvig的这个Slide(http://norvig.com/design-patterns/)。
这位名叫Peter Norvig的老大你肯定听说过
——如果没听说过，那你肯定看过《十年编程无师自通》那篇文章
——如果你连那篇文章也没看过，那请按一下键盘上的Alt键，然后按空格键，再按字母C。
P.S. 另一个例子是Observer和Before/After
[一句话简介Singleton]
终于可以开始本文的正题了。
Singleton是一种惯用写法，它让你可以通过一个小辨子将幕后的大BOSS揪出来。
[局限性]
既然它只是一种惯用写法，那么它能带来的好处也就不会太多，顶多和其它“写法”带来的好处一样多。这方面典型的例子是误以为Singleton会跨进程、跨线程起作用，比如用它禁止多实例启动。
Singleton的实现和使用上也是有比较多的麻烦，比如：
A) 书写方便性问题：每个需要singleton的类型都需要单独书写名为singleton的一陀
B) 模板编译问题：如果为了解决书写方便性问题，使用了模板进行辅助（比如使用LOKI: http://sourceforge.net/projects/loki-lib/ ），那么，偶尔碰上编译器生成了singleton的多份内存实例会头痛得要死（一般仅仅在release时发生）
C) 实例化顺序问题：要维护和保证50个singleton对象的产生和释放按要求的顺序进行，可不是一件容易的事情。
D) 又臭又长的程序行：如果一个函数调用，以及它的若干参数都是通过singleton来取得的，那这一行肯定丑陋不堪。作为一个合格的程序员绝不能坐视这种问题。
Sorry，上面的几条俺自己也有点看不下去。归根结底是因为俺实再是不习惯列举1234这样的条目。初中时背政治题，左一条右一条的那种列举题俺一向是不在行。脑子里想如果答题时也有car/cdr那该多么好呀多么好……
[实现手法]
暂略，寻找面筋的可以离开这个页面了。（当然，你要是将上面的一大段侃给面瓜听效果也会不错，关键看你能不能争取得到很多自由发言的时间）
[优缺点和问题]
优点不提，缺点也懒得再说——这个目录编得比较失败的说。
[MonoState vs Singleton]
终于来了点提神的，可以说点“不为人知的秘密”（80年代飘柔广告语，估计会有人想起那一群空姐窃窃私语然后笑靥如花的画面）
Singleton的写法在某些情况下显得又臭又长，怎么解决？作为编程问题，往往是答案早已摆在某处，所以多数程序员都喜欢用google之类的东西去“复用”一下。PLoP的达人们可以忽略本节了，俺是在看了BOB大叔的书（http://www.objectmentor.com/omTeam/martin_r.html）之后才知道有这个模式的。
先看看这一行：
PrinterService::getPrinter().Print(PrinterConfigService::getPrinterConfig(), "How long gone are you gonna be/ Brooks & Dunn, 1998/n");
上面这一行是Singleton牌的，OEM来自王母娘娘。
再来看这一段：
PrinterService printer;
PrinterConfigService config;
printer.Print(config, "Born & Raised in Black & White/ Brooks & Dunn, 1998/n");
上面的来自于MonoState。
其实只是写法不同，背后的操作策略都是一样的。MonoState这个名字本来的意义就是指，同一个类型，但是所有不同的对象共享同样的“单一状态”。
MonoState更符合人的思路，也更符合人们的习惯。实际上，打印机这东西，很少有人按Singleton去写的，多数是MonoState
（至于为什么“隐藏在背后的操作都一样”，我偏偏不说，天知，地知，我知，还有小坏狗知……）
[Mutithreading: ACE中的DCL]
如果我不写什么是DCL，只给出Douglas c. Schmidt的这个文章的链接，会不会有鸡蛋扔上来呢？先试试，没有反对的我就这么着，可以省事儿了——反正看我BLOG(http://blog.csdn.net/yuankaining)的人估计不会太多。
道格拉斯童鞋的文章在这里：http://ftp.icm.edu.pl/packages/ace/ACE/PDF/DC-Locking.pdf
<未完待插>
[DCL的应用条件]
DCL在Java中无效。C++的粉丝们可以大笑了。Anyway, anyhow, yet another shortcoming of Java.
可是，等一下，为什么？为什么这个在逻辑上行得通的DCL，这个任何程序员都可以人肉演算的程序片段，在Java中就不行？难道Java违背了社会的普遍真理，抛弃了辩证唯物主义和历史唯物主义，走到了反人类的歧路上？
每一个编译优化都是痛苦艰辛而且不讨好的。说它“痛苦艰辛”，是因为“编译器的效能每18年翻上一倍”（这个叫做Proebsting's Law，参见http://research.microsoft.com/~toddpro/）。说它“不讨好”，是因为编译器优化常常“好心干坏事”，自作聪明地为了性能牺牲质量（萝卜快了不洗泥之计算机版？）。
为什么要讨论DCL的失效呢？（像这样的问句，在这种文章里都会有一个答案。这种修辞手法叫做设问，也就是自问自答——“问”是为了“答”；“答”是回应“问”。说白了就是“吃多了撑的、装着明白犯糊涂”）其实，我是想要引出一个很邪恶很强大的东东，这个东西叫做CAS。
但是在说CAS之前，我还得要先说点别的东东。（这在说书的时候叫“花开两朵、各表一枝”，也可以叫“卖关子”）
——如果你写过exception-safe的程序，你肯定知道有一个手法——Bingo! 但是你猜错了，不是RAII，而是ABR Idiom。ABR是Acquisition Before Release，也就是说先把新的资源搞定了，然后用一个no-exception guarantee的swap将新老资源的进行交换（例如：C++中的指针交换或者STL container的swap函数），然后对老资源进行释放，这个是针对Strong Exception-Safe Guarantee的常用手法（参考一下这里：http://www.accu-usa.org/2001-03-Main.html）。
写点代（伪）码来表达一下上述的东西：
// The following lines guarantee Strong Exception Safety
extern Vector oldVal;
Vector newVal = new Vector(oldVal); // Acquisition
newVal.push_back(Element("param")); // Push a new element into the vector
oldVal.swap(newVal); // No exception will be thrown from this function
// The destructor of newVal will release elements prior in oldVal
如果你能体会得到这种思路的优越性，那么恭喜你，你已经悟道了。
现在，我们回过头来说CAS（http://www.ddj.com/cpp/184401865）。CAS是Generic<Programming>专栏的Andrei Alexandrescu小盆友发明的东东，作为专栏作者，Andrei童鞋是有权发明新的缩写的，这个CAS就是Compare And Swap的缩写。下面的伪码（注意不是代码）来自于Andrei的文章：
template <class T>
bool CAS(T* addr, T expected, T value) {
if (*addr == expected) {
*addr = value;
return true;
}
return false;
}
需要再次强调的是，上面的几行是“伪码”。因为这个函数是用来“示意”的，实际上这是一个原子操作——这的的确确是如假保换，即使是多CPU也不会打破的原子操作（手持Alpha射线枪的、卢瑟福之类的小人闪到一边去！！！）。Andrei从Intel处理器中挖出了一条叫CMPXCHG8的汇编指令说可以实现这种操作，不过汇编这东东我还是不在行，说多了献丑。于是就此打住。好了，现在全文终，大家可以洗洗睡了……
嗯，以上一句作废。接下来想说的是：用这个CAS原子操作可以解决DCL问题。
<未完待插>
[结论]
由上可见，多简单的东西都可以拿来侃。Over.
[关于作者]
Kenny Yuan，从1990年开始学习编程。目前对算法，语言，心理学和综合格斗感兴趣。
[声明]
本文写于2008年8月，文中涉及的技术性内容随时间变化可能会有变化（特别是某些观点、技术限制等）。