C# 单例模式

Karl Du

发布于 2023-10-20 18:44:13

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发布于 2023-10-20 18:44:13

文章被收录于专栏：Web开发之路Web开发之路

单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意：

单例类只能有一个实例。
单例类必须自己创建自己的唯一实例。
单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。 主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。 何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。 如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。 关键代码：构造函数是私有的。

实现：懒汉式，线程不安全

该实现没有额外开销，不要求线程安全的情况下可以使用：

public class ApplicationContext
{
    private static ApplicationContext instance = null;
    private ApplicationContext() { }

    public static ApplicationContext Instance
    {
        get
        {
            if (instance == null)
            {
                instance = new ApplicationContext();
            }
            return instance;
        }
    }

    public string UserId { get; set; }
}

实现：懒汉式，线程安全

由于每次访问单例类实例都会加锁，而加锁是一个非常耗时的操作，故不推荐使用：

public class ApplicationContext
{
    private readonly static object lockObj = new object();
    private static ApplicationContext instance = null;
    private ApplicationContext() { }

    public static ApplicationContext Instance
    {
        get
        {
            lock (lockObj)
            {
                if (instance == null)
                {
                    instance = new ApplicationContext();
                }
            }
            return instance;
        }
    }

    public string UserId { get; set; }
}

实现：懒汉式，双重校验锁

在前面的基础上进行改进，只在第一次创建实例时加锁，提高访问性能：

public class ApplicationContext
{
    private readonly static object lockObj = new object();
    private static ApplicationContext instance = null;
    private ApplicationContext() { }

    public static ApplicationContext Instance
    {
        get
        {
            if (instance == null)
            {
                lock (lockObj)
                {
                    if (instance == null)
                    {
                        instance = new ApplicationContext();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }

    public string UserId { get; set; }
}

实现：饿汉式，线程安全

写法简单，线程安全，但构造时机不是由程序员掌控的：

public class ApplicationContext
{
    private static ApplicationContext instance = new ApplicationContext();
    private ApplicationContext() { }

    public static ApplicationContext Instance
    {
        get
        {
            return instance;
        }
    }

    public string UserId { get; set; }
}

不仅如此，假如ApplicationContext中存在其他静态方法，我去调用的时候就会导致单例构造实例，无法做到访问单例时创建实例

当然，通过内部类实现，可以解决这个问题：

public class ApplicationContext
{
    class Nested
    {
        internal static readonly ApplicationContext instance = new ApplicationContext();
    }

    private ApplicationContext() { }

    public static ApplicationContext Instance
    {
        get
        {
            return Nested.instance;
        }
    }

    public string UserId { get; set; }
}

实现单例基类

// 由于单例基类不能实例化，故设计为抽象类
public abstract class Singleton<T> where T : class
{
    // 这里采用实现5的方案，实际可采用上述任意一种方案
    class Nested
    {
        // 创建模板类实例，参数2设为true表示支持私有构造函数
        internal static readonly T instance = Activator.CreateInstance(typeof(T), true) as T;
    }
    private static T instance = null;
    public static T Instance { get { return Nested.instance; } }
}