C# 程序开发:设计模式之单例模式

1、定义: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。

首先来明确一个问题,那就是在某些情况下,有些对象,我们只需要一个就可以了。

2、单例模式的优点有:

(1)实例控制:单例模式会阻止其他对象实例化其自己的单例对象的副本,从而确保所有对象都访问唯一实例。

(2)灵活性:因为类控制了实例化过程,所以类可以灵活更改实例化过程。

3、单例模式的缺点有:

(1)开销:虽然数量很少,但如果每次对象请求引用时都要检查是否存在类的实例,将仍然需要一些开销。可以通过使用静态初始化解决此问题。

(2)可能的开发混淆:使用单例对象(尤其在类库中定义的对象)时,开发人员必须记住自己不能使用new关键字实例化对象。因为可能无法访问库源代码,因此应用程序开发人员可能会意外发现自己无法直接实例化此类。

4、举个栗子:

一台计算机上可以连好几个打印机,但是这个计算机上的打印程序只能有一个,这里就可以通过单例模式来避免两个打印作业同时输出到打印机中,即在整个的打印过程中我只有一个打印程序的实例。其实生活中也有多类似的例子,比如操作ATM机的时候,存钱和取钱的操作是不能同时做的,只能一个一个来完成;

5.代码解析

第一种 最简单,但没有考虑线程安全,在多线程时可能会出问题.代码如下

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,下面代码修改。

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

第二种 为多线程下的单例模式,考虑了线程安全,代码如下:

解析如下:

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。

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;
 }
}

双if加lock保证多线程的唯一性。

第三种 饿汉模式

Eager Singleton(饿汉式单例类),其静态成员在类加载时就被初始化,此时类的私有构造函数被调用,单例类的唯一实例就被创建

这种模式的特点是自己主动实例,代码如下

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。

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

第四种 懒汉模式

Lazy Singleton(懒汉式单例类),其类的唯一实例在真正调用时才被创建,而不是类加载时就被创建。所以Lazy Singleton不是线程安全的。

public class Singleton
{ 
 private static Singleton singleton = null; 
 public static synchronized Singleton getInstance(){ 
 if(singleton==null){ 
 singleton = new Singleton(); 
 } 
 return singleton; 
 } 
} 

总结:

单例中懒汉和饿汉的本质区别在于以下几点:

1、饿汉式是线程安全的,在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不在改变。懒汉式如果在创建实例对象时不加上synchronized则会导致对对象的访问不是线程安全的。

2、从实现方式来讲他们最大的区别就是懒汉式是延时加载,他是在需要的时候才创建对象,而饿汉式在虚拟机启动的时候就会创建,饿汉式无需关注多线程问题,写法简单明了,能用则用。但是它是加载类时创建实例。所以如果是一个工厂模式,缓存了很多实例,那么就得考虑效率问题,因为这个类一加载则把所有实例不管用不用一块创建。

3、两者建立单例对象的时间不同。“懒汉式”是在你真正用到的时候才去建这个单例对象,“饿汉式”是在不管用不用得上,一开始就建立这个单例对象。

ok,今天的分享到这了,如果有疑问的可以留言,讲的不对的欢迎指出!!!

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