Golang单例模式并发安全实现实践

使用sync.Once实现线程安全单例是Go语言中最推荐的方式，能确保在多协程环境下仅初始化一次实例。示例中通过once.Do保证Singleton类型全局唯一，无需手动加锁，简洁高效。该方法属于懒加载模式，即首次调用GetInstance时才创建实例，适用于需延迟初始化的场景。相比之下，饿汉模式在包初始化时即创建实例，绝对线程安全且访问无开销，但可能浪费资源且不支持参数化初始化。手动加锁方式虽可行，但每次调用都需获取锁，性能较差，即便采用双重检查锁定也无必要，因sync.Once已内置优化。为验证线程安全性，可通过并发测试启动多个goroutine同时调用GetInstance，并利用map记录生成的实例地址，最终确认实例数量为1即可证明单例正确性。综上，在Go中应优先选用sync.Once实现懒加载单例，根据实际需求权衡初始化时机。

在Go语言中，单例模式常用于确保某个类型在整个程序运行期间只有一个实例。由于Go的并发特性，在多协程环境下实现一个线程安全的单例至关重要。Golang提供了多种方式来实现并发安全的单例模式，下面介绍几种常见且推荐的做法。

使用sync.Once实现线程安全单例

sync.Once 是Go标准库中专门用于保证某段代码只执行一次的工具，非常适合用来实现单例模式。它内部已经处理了并发控制，开发者无需手动加锁。

示例代码：

package singleton

import (
    "sync"
)

type Singleton struct {
    data string
}

var instance *Singleton
var once sync.Once

func GetInstance() *Singleton {
    once.Do(func() {
        instance = &Singleton{
            data: "initialized",
        }
    })
    return instance
}

说明：

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• GetInstance函数可以被多个goroutine并发调用。
• once.Do确保内部初始化逻辑仅执行一次。
• 无需显式使用mutex，简洁且高效。

懒加载 vs 饿汉模式

上面的例子是懒加载（Lazy Initialization），即第一次调用时才创建实例。还有一种方式是饿汉模式，在包初始化时就创建实例。

饿汉模式示例：

var instance = &Singleton{data: "initialized"}

func GetInstance() *Singleton {
    return instance
}

优点：

• 绝对线程安全，无需额外同步机制。
• 访问性能最高，无判断开销。

缺点：

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• 可能提前占用资源，即使从未使用。
• 无法处理需要传参或复杂初始化逻辑的情况。

不推荐：手动加锁实现

虽然可以通过互斥锁（sync.Mutex）手动控制并发，但容易出错且性能较差。

错误示例：

var mu sync.Mutex
var instance *Singleton

func GetInstance() *Singleton {
    mu.Lock()
    defer mu.Unlock()

    if instance == nil {
        instance = &Singleton{}
    }
    return instance
}

func TestSingleton(t *testing.T) {
    var wg sync.WaitGroup
    instances := make(map[*Singleton]bool)
    mu := sync.Mutex{}

    for i := 0; i < 1000; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            inst := GetInstance()
            mu.Lock()
            instances[inst] = true
            mu.Unlock()
        }()
    }

    wg.Wait()
    if len(instances) != 1 {
        t.Fatalf("expected 1 instance, got %d", len(instances))
    }
}