C#設計模式——單例模式的實現

1. 什么是單例

保證一個類只有一個實例的實現方法。

2. 使用場景

頁面訪問計數器

需要保持狀態的工具類

需求很多，不能一一列舉了

3. 實現方

非線程安全

    /// <summary>
    /// 單例模式的實現
    /// </summary>
    public sealed class Singleton
    {
        //定義一個靜態變量來保存類的實例
        private static Singleton _instance = null;

        //定義私有構造函數，使外界不能創建該類實例
        private Singleton()
        {
        }
        /// <summary>
        /// 定義公有方法提供一個全局訪問點,同時你也可以定義公有屬性來提供全局訪問點
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public static Singleton Instance()
        {
            //如果類的實例不存在則創建，否則直接返回
            if (_instance == null)
            {
                _instance = new Singleton();
            }
            return _instance;
        }
    }

上面的單例模式的實現在單線程下確實是可以的，但是在多線程環境下會存在兩個線程同時執行if (instance == null)並且創建兩個不同的實例

簡單線程安全

    /// <summary>
    /// 單例模式的實現
    /// </summary>
    public sealed class Singleton
    {
        // 定義一個靜態變量來保存類的實例
        private static Singleton instance = null;

        // 定義一個標識確保線程同步
        private static readonly object padlock = new object();

        Singleton()
        {
        }

        public static Singleton Instance()
        {
            // 當第一個線程運行到這里時，此時會對locker對象 "加鎖"，
            // 當第二個線程運行該方法時，首先檢測到locker對象為"加鎖"狀態，該線程就會掛起等待第一個線程解鎖
            // lock語句運行完之后（即線程運行完之后）會對該對象"解鎖"
            lock (padlock)
            {
                // 如果類的實例不存在則創建，否則直接返回
                if (instance == null)
                {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
            return instance;
        }
    }

上面的例子解決了多線程的問題,但是每個線程調用Instance()都會使用到鎖，而調用鎖的開銷較大，這個實現會有一定的性能損失。

雙重驗證線程安全

    /// <summary>
    /// 單例模式的實現
    /// </summary>
    public sealed class Singleton
    {
        // 定義一個靜態變量來保存類的實例
        private static Singleton instance = null;

        // 定義一個標識確保線程同步
        private static readonly object padlock = new object();

        Singleton()
        {
        }

        public static Singleton Instance()
        {
            // 當第一個線程運行到這里時，此時會對locker對象 "加鎖"，
            // 當第二個線程運行該方法時，首先檢測到locker對象為"加鎖"狀態，該線程就會掛起等待第一個線程解鎖
            // lock語句運行完之后（即線程運行完之后）會對該對象"解鎖"
            if (instance == null)
            {
                lock (padlock)
                {
                    // 如果類的實例不存在則創建，否則直接返回
                    if (instance == null)
                    {
                        instance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }

上面的例子在保證線程安全的同時提高了性能

靜態變量實現單例

    /// <summary>
    /// 單例模式的實現
    /// </summary>
    public sealed class Singleton
    {
        //在Singleton第一次被調用時會執行instance的初始化
        private static readonly Singleton instance = new Singleton();

        private Singleton()
        {
        }

        public static Singleton Instance()
        {
            return instance;
        }
    }

上面的例子利用.net的特性來完成單例模式的創建，也是線程安全的

4. 優點

在內存中只有一個對象，節省內存空間；

避免頻繁的創建銷毀對象，可以提高性能；

避免對共享資源的多重占用，簡化訪問；

為整個系統提供一個全局訪問點。