[C#.NET 拾遺補漏]06：單例模式最佳實踐

大家好，這是【C#.NET 拾遺補漏】專輯的第 06 篇文章。今天講講大家熟悉的單例模式。

單例模式大概是所有設計模式中最簡單的一種，如果在面試時被問及熟悉哪些設計模式，你可能第一個答的就是單例模式。

單例模式的實現分爲兩種：餓漢式和懶漢式。前者是在靜態構造函數執行時就立即實例化，後者是在程序執行過程中第一次需要時再實例化。兩者有各自適用的場景，實現方式也都很簡單，唯一在設計時要考慮的一個問題就是：實例化時需要保證線程安全。

餓漢式

餓漢式實現很簡單，在靜態構造函數中立即進行實例化：

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

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return _instance;
        }
    }
}

注意，爲了確保單例性，需要使用 readonly 關鍵字聲明實例不能被修改。

以上寫法可簡寫爲：

public class Singleton
{
    private static readonly Singleton _instance = new Singleton();
    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return _instance;
        }
    }
}

這裏的 new Singleton() 等同於在靜態構造函數中實例化。在 C# 7 中還可以進一步簡寫如下：

public class Singleton
{
    public static Singleton Instance { get; } = new Singleton();
}

一句代碼就搞定了，此寫法，實例化也是在默認的靜態構造函數中進行的。如果是餓漢式需求，這種實現是最簡單的。有人會問這會不會有線程安全問題，如果多個線程同時調用 Singleton.Instance 會不會實例化了多個實例。不會，因爲 CLR 確保了所有靜態構造函數都是線程安全的。

注意，不能這麼寫：

public class Singleton
{
    public static Singleton Instance => new Singleton();
}

// 等同於：
public class Singleton
{
    public static Singleton Instance
    {
        get { return new Singleton(); }
    }
}

這樣會導致每次調用都會創建一個新實例。

懶漢式

懶漢式單例實現需要考慮線程安全問題，先來看一段經典的線程安全的單列模式實現代碼：

public sealed class Singleton
{
    private static volatile Singleton _instance;
    private static readonly object _lockObject = new Object();

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                lock (_lockObject)
                {
                    if (_instance == null)
                    {
                        _instance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return _instance;
        }
    }
}

網上搜索 C# 單例模式，大部分都是這種使用 lock 來確保線程安全的寫法，這是經典標準的單例模式的寫法，沒問題，很放心。在 lock 裏外都做一次 instance 空判斷，雙保險，足以保證線程安全和單例性。但這種寫法似乎太麻煩了，而且容易寫錯。早在 C# 3.5 的時候，就有了更好的寫法，使用 Lazy<T>。

示例代碼：

public class LazySingleton
{
    private static readonly Lazy<LazySingleton> _instance =
        new Lazy<LazySingleton>(() => new LazySingleton());

    public static LazySingleton Instance
    {
        get { return _instance.Value; }
    }
}

調用示例：

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var instance = LazySingleton.Instance;
    }
}

使用 Lazy<T> 可以使對象的實例化延遲到第一次被調用的時候執行，通過訪問它的 Value 屬性來創建並獲取實例，並且讀取一個 Lazy<T> 實例的 Value 屬性只會執行一次實例化代碼，確保了線程安全。

祝，編碼愉快！