概述
Singleton模式要求一个类有且仅有一个实例,并且提供了一个全局的访问点。这就提出了一个问题:如何绕过常规的构造器,提供一种机制来保证一个类只有一个实例?客户程序在调用某一个类时,它是不会考虑这个类是否只能有一个实例等问题的,所以,这应该是类设计者的责任,而不是类使用者的责任。 从另一个角度来说,Singleton模式其实也是一种职责型模式。因为我们创建了一个对象,这个对象扮演了独一无二的角色,在这个单独的对象实例中,它集中了它所属类的所有权力,同时它也肩负了行使这种权力的职责!
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。
1.简单实现
/// <summary>
/// 第一种:简单实现
/// </summary>
public sealed class Singleton1
{
static Singleton1 instance = null;
Singleton1()
{ }
#region 第一种:简单实现
public static Singleton1 Instance
{
get
{
if (instance == null)
{
instance = new Singleton1();
}
return instance;
}
}
//这种方式的实现对于线程来说并不是安全的,因为在多线程的环境下有可能得到Singleton类的多个实例。如果同时有两个线程去判断(instance == null),并
//且得到的结果为真,这时两个线程都会创建类Singleton的实例,这样就违背了Singleton模式的原则。实际上在上述代码中,有可能在计算出表达式的值之前,
//对象实例已经被创建,但是内存模型并不能保证对象实例在第二个线程创建之前被发现。
//该实现方式主要有两个优点:
//1.由于实例是在 Instance 属性方法内部创建的,因此类可以使用附加功能(例如,对子类进行实例化),即使它可能引入不想要的依赖性。
//2.直到对象要求产生一个实例才执行实例化;这种方法称为“惰性实例化”。惰性实例化避免了在应用程序启动时实例化不必要的 singleton。
#endregion
}
2.安全的线程
/// <summary>
/// 第二种:安全的线程
/// </summary>
public sealed class Singleton2
{
static Singleton2 instance = null;
static readonly object padlock = new object();
Singleton2()
{
}
#region 第二种:安全的线程
public static Singleton2 Instance
{
get
{
lock (padlock)
{
if (padlock == null)
{
instance = new Singleton2();
}
}
return instance;
}
}
//这种方式的实现对于线程来说是安全的。我们首先创建了一个进程辅助对象,线程在进入时先对辅助对象加锁然后再检测对象是否被创建,
//这样可以确保只有一个实例被创建,因为在同一个时刻加了锁的那部分程序只有一个线程可以进入。这种情况下,对象实例由最先进入的那
//个线程创建,后来的线程在进入时(instence == null)为假,不会再去创建对象实例了。但是这种实现方式增加了额外的开销,损失了性能。
#endregion
}
3.双重锁定
/// <summary>
/// 第三种:双重锁定
/// </summary>
public sealed class Singleton3
{
static Singleton3 instance = null;
static readonly object padlock = new object();
Singleton3()
{ }
#region 第三种:双重锁定
public static Singleton3 Instance
{
get
{
if (instance == null)
{
lock (padlock)
{
if (instance == null)
{
instance = new Singleton3();
}
}
}
return instance;
}
}
//这种实现方式对多线程来说是安全的,同时线程不是每次都加锁,只有判断对象实例没有被创建时它才加锁,有了我们上面第一部分的里面的分析,我们
//知道,加锁后还得再进行对象是否已被创建的判断。它解决了线程并发问题,同时避免在每个 Instance 属性方法的调用中都出现独占锁定。它还允许您
//将实例化延迟到第一次访问对象时发生。实际上,应用程序很少需要这种类型的实现。大多数情况下我们会用静态初始化。这种方式仍然有很多缺点:无
//法实现延迟初始化。
#endregion
}
4.静态初始化
/// <summary>
/// 第四种:静态初始化
/// </summary>
public sealed class Singleton4
{
static readonly Singleton4 instance = new Singleton4();
static Singleton4()
{ }
Singleton4()
{ }
#region 第四种:静态初始化
#endregion
public static Singleton4 Instance
{
get
{
return instance;
}
}
//看到上面这段富有戏剧性的代码,我们可能会产生怀疑,这还是Singleton模式吗?在此实现中,将在第一次引用类的任何成员时创建实例。公共语言运行
//库负责处理变量初始化。该类标记为 sealed 以阻止发生派生,而派生可能会增加实例。此外,变量标记为 readonly,这意味着只能在静态初始化期间(
//此处显示的示例)或在类构造函数中分配变量。
//该实现与前面的示例类似,不同之处在于它依赖公共语言运行库来初始化变量。它仍然可以用来解决 Singleton 模式试图解决的两个基本问题:全局访问
//和实例化控制。公共静态属性为访问实例提供了一个全局访问点。此外,由于构造函数是私有的,因此不能在类本身以外实例化 Singleton 类;因此,变
//量引用的是可以在系统中存在的唯一的实例。
//由于 Singleton 实例被私有静态成员变量引用,因此在类首次被对 Instance 属性的调用所引用之前,不会发生实例化。
//这种方法唯一的潜在缺点是,您对实例化机制的控制权较少。在 Design Patterns 形式中,您能够在实例化之前使用非默认的构造函数或执行其他任务。
//由于在此解决方案中由 .NET Framework 负责执行初始化,因此您没有这些选项。在大多数情况下,静态初始化是在 .NET 中实现 Singleton 的首选方法。
}
5.延迟初始化
/// <summary>
/// 第五种:延迟初始化
/// </summary>
public sealed class Singleton5
{
Singleton5()
{ }
public static Singleton5 Instance
{
get
{
return Nested.instance;
}
}
class Nested
{
static Nested()
{
}
internal static readonly Singleton5 instance = new Singleton5();
}
}
//这里,初始化工作有Nested类的一个静态成员来完成,这样就实现了延迟初始化,并具有很多的优势,是值得推荐的一种实现方式。