小菜學習設計模式（二）—單例（Singleton）模式

前言

設計模式目錄：

• 小菜學習設計模式（一）—模板方法（Template）模式
• 小菜學習設計模式（二）—單例（Singleton）模式
• 小菜學習設計模式（三）—工廠方法（Factory Method）模式
• 小菜學習設計模式（四）—原型（Prototype）模式
• 小菜學習設計模式（五）—控制反轉（Ioc）
• 持續更新中。。。

本篇目錄：

• 簡單實現

• 線程安全

• 后記

　　單例模式（Singleton）可以說是最簡單的模式，對.net來說，因為不需要考慮到垃圾回收機制，實現起來很簡單，但是對於沒有提供內存管理的平台來說，比如C++，因為單例模式只考慮創建對象，所以使用的時候要考慮全面些。

　　其實說到些設計模式，我們有時候用到的真的很少，就像飛機零部件的模具不適用於汽車制造一樣，某些設計模式也只在特定的環境下使用，單例模式的使用場景一般是資源管理器等，像說的最多的就是打印機場景：每台計算機可以有若干個打印機，但只能有一個Printer Spooler，以避免兩個打印作業同時輸出到打印機中。每台計算機可以有若干傳真卡，但是只應該有一個軟件負責管理傳真卡，以避免出現兩份傳真作業同時傳到傳真卡中的情況。每台計算機可以有若干通信端口，系統應當集中管理這些通信端口，以避免一個通信端口同時被兩個請求同時調用。說白點就是一個男人可以有很多女朋友，但是結婚生子的只能是其中一個。一夫多妻的情況就不是單例模式了，那應該是“多態”了。哈哈。

簡單實現

　　單例模式（Singleton）在.net中的定義是：一個類有且僅有一個實例，並且自行實例化向整個系統提供。

　　從定義中我們可以看出，單例模式所具有的三個要點：

• 某個類只能有一個實例
• 必須自行創建這個實例
• 必須自行向整個系統提供這個實例

　　根據所說的要點，我們可以在.net中這樣簡單的實現：

    public class SingletonTest
    {
        public static SingletonTest model;
        private SingletonTest()
        { }
        public static SingletonTest getSingleton()
        {
            if (model==null)
            {
                model = new SingletonTest();
            }
            return model;
        }
    }

 　　代碼就這么簡單，在getSingleton()方法返回實例的時候要先判斷對象是否已經被實例化，如果是就不需要重新創建了。

線程安全

　　上面的代碼看起來沒什么問題，但是在多線程的情況下就會出現問題，我們來開幾個線程測試下：

    public class SingletonTest
    {
        public static SingletonTest model;
        private SingletonTest()
        { }
        public static SingletonTest getSingleton()
        {
            if (model==null)
            {
                Console.WriteLine(String.Format("我是被線程：{0}創建的！", Thread.CurrentThread.Name));
                model = new SingletonTest();
            }
            return model;
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Program p1 = new Program();
            p1.Test();
            Console.ReadLine();
        }

        private void Test()
        {
            Thread newThread;
            ThreadStart ts = new ThreadStart(DoWork);
            for (int counter = 1; counter < 6; counter++)
            {
                newThread = new Thread(ts);
                newThread.Name = "蟋蟀" + counter;
                newThread.Start();
            }
        }

        protected void DoWork()
        {
            //調用返回對象方法
            SingletonTest.getSingleton();
        }
    }

　　執行結果：

　　根據上圖的執行結果，會發現SingletonTest對象被實例化了2次，按照單例模式（Singleton）的特性：一個類只能有一個實例，那就不是單例模式了，為什么會實例化兩次呢？因為我們的計算機執行速度很快，在某一個時間點，線程1在執行完if (model==null)這段代碼，還沒執行model = new SingletonTest()，線程2剛好執行判斷對象是否null，就是說線程1和線程2都會進入下面的if判斷體中實例化對象。

　　關於單例模式的線程安全問題，網上一找一大堆，在《漫談設計模式》這本書中，作者也提到了線程安全問題，java中是使用的是“Double-Check Locking”方法，還有序列化的問題，這邊先不考慮，其實在.net中解決線程安全的問題也很簡單，就是用lock鎖，我們根據上面的代碼，再來修改下，然后做個測試：

    public class SingletonTest
    {
        private static SingletonTest singleton;
        private static readonly object syncObject = new object();
        /// <summary>
        /// 構造函數必須是私有的
        /// 這樣在外部便無法使用 new 來創建該類的實例
        /// </summary>
        private SingletonTest()
        { }
        /// <summary>
        /// 定義一個全局訪問點
        /// 設置為靜態方法
        /// 則在類的外部便無需實例化就可以調用該方法
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public static SingletonTest getSingleton()
        {
            //這里可以保證只實例化一次
            //即在第一次調用時實例化
            //以后調用便不會再實例化
            //第一重 singleton == null
            if (singleton == null)
            {
                lock (syncObject)
                {
                    //第二重 singleton == null
                    if (singleton == null)
                    {
                        Console.WriteLine(String.Format("我是被線程：{0}創建的！", Thread.CurrentThread.Name));
                        singleton = new SingletonTest();
                    }
                }
            }
            return singleton;
        }
    }

 　　執行結果：

　　從上面的執行結果我們就可以看到，對象僅被實例化了一次，在某段代碼體中，只能有且只有一個線程訪問，加鎖的目的就好比：我們去火車站售票大廳買票，因為買票的人太多，為了緩解壓力，就多開了幾個售票窗口（線程），比如南京到徐州的G110次列車只有一張票，窗口A和窗口B的人同時都在買這一班次的票，這時候就要加鎖，不然就有可能會出現只有一張票，但是賣出去兩張。話題跑偏了，哈哈。

　　示例代碼下載：Singleton.rar

后記

　　關於模式，再多說兩句，在某些情況下，像上面所說的：模式可以看成現實生活中的模具，有些產品（項目）是由一種模具（模式）生成出來的，比如杯子、瓶子等，有些產品（項目）是由多種模具（模式）生成出來，然后組合而成的，比如汽車、飛機等，是由成千上萬個零部件組合形成的。就是說學會模式后要會懂得組合，而且要“合適”的組合，這樣才會做出一個完善的產品（項目）。

　　還是那就話：騷年們，和小菜一起整理學習吧，未完待續。。。