設計模式學習筆記-單例模式

1. 描述：
　　保證一個類僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點。

2. 單例模式主要有3個特點，：
　　2.1 單例類確保自己只有一個實例。
　　2.2 單例類必須自己創建自己的實例。
　　2.3 單例類必須為其他對象提供唯一的實例。

3. 實現方式：懶漢單例類和餓漢單例類
　　3.1 懶漢式單例類
　　　　對於懶漢模式，我們可以這樣理解：該單例類非常懶，只有在自身需要的時候才會行動，從來不知道及早做好准備。它在需要對象的時候，才判斷是否已有對象，如果沒有就立即創建一個對象，然后返回，如果已有對象就不再創建，立即返回。
懶漢模式只在外部對象第一次請求實例的時候才去創建。
　　3.2 餓漢式單例
　　　　對於餓漢模式，我們可以這樣理解：該單例類非常餓，迫切需要吃東西，所以它在類加載的時候就立即創建對象。

　　3.3 懶漢模式和餓漢模式的優缺點：
　　　　懶漢模式，它的特點是運行時獲得對象的速度比較慢，但加載類的時候比較快。它在整個應用的生命周期只有一部分時間在占用資源。
　　　　餓漢模式，它的特點是加載類的時候比較慢，但運行時獲得對象的速度比較快。它從加載到應用結束會一直占用資源。
　　　　這兩種模式對於初始化較快，占用資源少的輕量級對象來說，沒有多大的性能差異，選擇懶漢式還是餓漢式都沒有問題。但是對於初始化慢，占用資源多的重量級對象來說，就會有比較明顯的差別了。所以，對重量級對象應用餓漢模式，類加載時速度慢，但運行時速度快；懶漢模式則與之相反，類加載時速度快，但運行時第一次獲得對象的速度慢。
　　　　從用戶體驗的角度來說，我們應該首選餓漢模式。我們願意等待某個程序花較長的時間初始化，卻不喜歡在程序運行時等待太久，給人一種反應遲鈍的感覺，所以對於有重量級對象參與的單例模式，我們推薦使用餓漢模式。
　　　　而對於初始化較快的輕量級對象來說，選用哪種方法都可以。如果一個應用中使用了大量單例模式，我們就應該權衡兩種方法了。輕量級對象的單例采用懶漢模式，減輕加載時的負擔，縮短加載時間，提高加載效率；同時由於是輕量級對象，把這些對象的創建放在使用時進行，實際就是把創建單例對象所消耗的時間分攤到整個應用中去了，對於整個應用的運行效率沒有太大影響。

4. 代碼實現：

　　4.1 懶漢式

    public class Singleton
    {
        private static Singleton m_Instance;

        private Singleton()
        {
            // 將默認構造函數定義為私有，防止外部調用它實例化別的對象
        }

        public static Singleton GetInstance()
        {

            if (m_Instance == null)
            {
                m_Instance = new Singleton();
            }

            return m_Instance;
        }
    }

 

　　4.2 餓漢式

    // 定義為sealed防止派生，因為派生可能增加實例
    public sealed class Singleton
    {
        private static readonly Singleton m_Instance = new Singleton();
        private Singleton()
        {
            // 將默認構造函數定義為私有，防止外部調用它實例化別的對象
        }

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

 

5. 模式總結

　　5.1 優點：
　　　　防止在應用程序中實例化多個對象。這就節約了開銷，每個實例都要占用一定的內存，創建對象時需要時間和空間。

　　5.2 缺點：

　　5.3 適用場合：
　　　　5.3.1 控制資源的使用，通過線程同步來控制資源的並發訪問；
　　　　5.3.2 控制實例產生的數量，達到節約資源的目的。
　　　　5.3.3 作為通信媒介使用，也就是數據共享，它可以在不建立直接關聯的條件下，讓多個不相關的兩個線程或者進程之間實現通信。

　　5.4 對設計原則的支持：

　　　　使用單例模式最核心的一點是體現了面向對象封裝特性中的“單一職責”原則。

6. 補充: 在多線程開放過程中，對使用懶漢單例模式應防止兩個線程同時去實例化對象，這是有可能的。下面給出解決方案

　　6.1 使用鎖機制

    public class Singleton
    {
        private static Singleton m_Instance;

        static readonly object o = new object();

        private Singleton()
        {
            // 將默認構造函數定義為私有，防止外部調用它實例化別的對象
        }

        public static Singleton GetInstance()
        {
            lock (o)
            {
                if (m_Instance == null)
                {
                    m_Instance = new Singleton();
                }
            }

            return m_Instance;
        }
    }

　　使用鎖機制可以防止兩個線程同時創建對象，但這里有個性能問題，每當一個線程訪問GetInstance()這個方法是，都要加鎖，這其實是沒必要的。

　　6.2 雙重鎖定

    public class Singleton
    {
        private static Singleton m_Instance;

        static readonly object o = new object();

        private Singleton()
        {
            // 將默認構造函數定義為私有，防止外部調用它實例化別的對象
        }

        public static Singleton GetInstance()
        {
            // 這里增加了一個判斷實例是否存在，只有在不存在時才給加鎖，也就是在這個實例的生命周期中只加過一次鎖
            if (m_Instance == null)
            {
                lock (o)
                {
                    if (m_Instance == null)
                    {
                        m_Instance = new Singleton();
                    }
                }
            }

            return m_Instance;
        }
    }

　　雙重鎖定保證了實例在它的生命周期中只被鎖定一次，因而它對性能不會有影響。