C#设计模式学习笔记-单例模式

  最近在学设计模式,学到创建型模式的时候,碰到单例模式(或叫单件模式),现在整理一下笔记。

  在《Design Patterns:Elements of Resuable Object-Oriented Software》中的定义是:Ensure a class only has one instance,and provide a global point of access to。它的主要特点不是根据客户程序调用生成一个新的实例,而是控制某个类型的实例数量-唯一一个。(《设计模式-基于C#的工程化实现及扩展》,王翔)。也就是说,单例模式就是保证在整个应用程序的生命周期中,在任何时刻,被指定的类只有一个实例,并为客户程序提供一个获取该实例的全局访问点。

  一、经典模式:

public class Singleton
{
        private static Singleton instance;

        private Singleton()
        {
        
        }

        public static Singleton GetInstance()
        {
                if(instance==null)
                {
                        instance=new Singleton();
                }
                return instance;
        }
}

  解析如下:

  1)首先,该Singleton的构造函数必须是私有的,以保证客户程序不会通过new()操作产生一个实例,达到实现单例的目的;

  2)因为静态变量的生命周期跟整个应用程序的生命周期是一样的,所以可以定义一个私有的静态全局变量instance来保存该类的唯一实例;

  3)必须提供一个全局函数访问获得该实例,并且在该函数提供控制实例数量的功能,即通过if语句判断instance是否已被实例化,如果没有则可以同new()创建一个实例;否则,直接向客户返回一个实例。

  在这种经典模式下,没有考虑线程并发获取实例问题,即可能出现两个线程同时获取instance实例,且此时其为null时,就会出现两个线程分别创建了instance,违反了单例规则。因此,需对上面代码修改。

  二、多线程下的单例模式

  1、Lazy模式

public class Singleton
{
       private static Singleton instance;
       private static object _lock=new object();

       private Singleton()
       {

       }

       public static Singleton GetInstance()
       {
               if(instance==null)
               {
                      lock(_lock)
                      {
                             if(instance==null)
                             {
                                     instance=new Singleton();
                             }
                      }
               }
               return instance;
       }
}

  上述代码使用了双重锁方式较好地解决了多线程下的单例模式实现。先看内层的if语句块,使用这个语句块时,先进行加锁操作,保证只有一个线程可以访问该语句块,进而保证只创建了一个实例。再看外层的if语句块,这使得每个线程欲获取实例时不必每次都得加锁,因为只有实例为空时(即需要创建一个实例),才需加锁创建,若果已存在一个实例,就直接返回该实例,节省了性能开销。

  2、饿汉模式

  这种模式的特点是自己主动实例。

public sealed class Singleton
{
        private static readonly Singleton instance=new Singleton();
 
        private Singleton()
        {
        }

        public static Singleton GetInstance()
        {
               return instance;
        }
}

  上面使用的readonly关键可以跟static一起使用,用于指定该常量是类别级的,它的初始化交由静态构造函数实现,并可以在运行时编译。在这种模式下,无需自己解决线程安全性问题,CLR会给我们解决。由此可以看到这个类被加载时,会自动实例化这个类,而不用在第一次调用GetInstance()后才实例化出唯一的单例对象。

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