單例模式
含義
即 保證一類僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點。
優缺點
- 優點：
- 確保所有對象都訪問一個實例
- 節省內存，避免頻繁地創建、銷毀對象
- 避免對共享資源的多重占用
- 缺點：
- 違背了"單一職責原則"
- 可擴展性差
實現過程
- 保證單一實例：創建private static類型的對象instance，其為空時才new實例化創建
- 全局訪問點：創建public類GetInstance()方法用於全局訪問instance，並擔當檢測、new instance的責任
概念圖
代碼實現
//單例類：
class Singleton
{
//私有化的構造函數
private Singleton() { Console.WriteLine("This is a SingleObject"); }
//單一的實例
private static Singleton instance;
//全局訪問點
public static Singleton GetInstance()
{
//如果實例為空，則new一個新實例
if (instance == null)
{
instance = new Singleton();
Console.WriteLine("Create a new Instance");
}
else
{
Console.WriteLine("Get a Instance");
}
return instance;
}
}
//測試類：
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Singleton s1 = Singleton.GetInstance2();
Singleton s2 = Singleton.GetInstance2();
/* OUT:
This is a SingleObject
Create a new Instance
Get a Instance
*/
}
}
單例模式分類
根據new關鍵字實例化單例的先后順序，可把單例模式分為餓漢式單例、懶漢式單例：
餓漢式
- 含義：開始時就實例化instance
- 優點：線程安全（因為instance是static類型）
- 缺點：不管是否使用對象，開始時就實例化並占用了空間。即空間換時間
//餓漢式：開始時就實例化instance
public class Singleton
{
private Singleton (){}
private static Singleton instance = new Singleton();
public static Singleton getInstance()
{
return instance;
}
}
懶漢式
- 含義：需要時才實例化instance
- 優點：資源利用率高。即時間換空間
- 缺點：多線程下存在隱患
//懶漢式：需要時才實例化instance
public class Singleton
{
private Singleton (){}
private static Singleton instance;
public static Singleton getInstance()
{
if (instance == null)
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
多線程中的單例
在上述懶漢式單例中，若多個線程同時進行到if (instance == null)，會全部檢測通過，最終造成多線程下創建了多個實例，即 多線程不安全。因此需要對多線程下的單例模式進行調整，使用 lock機制實現線程安全：
//餓漢式 + 線程安全 + 單鎖
class Singleton
{
private Singleton() {}
private static Singleton instance;
//靜態只讀對象用於輔助實現lock
private static readonly object locker = new object();
public static Singleton GetInstance()
{
//lock機制：確保一個線程位於該臨界區時，其他線程不可再進入，直至當前線程訪問完畢
lock (locker)
{
if (instance == null)
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
雖然加了lock鎖實現了懶漢模式下的線程安全，但我們不難發現一個問題：若已經存在instance實例，在執行GetInstance()時還有必要lock{}嗎？顯然不需要，lock的使用必然是消耗一定空間的，因此為了節省lock的空間，采用更優解法：雙重鎖定（Double-Check-Locking）：
//餓漢式 + 線程安全 + 雙鎖
class Singleton
{
private Singleton() {}
private static Singleton instance;
//靜態只讀對象用於輔助實現lock
private static readonly object locker = new object();
public static Singleton GetInstance()
{
//首次檢驗：是否需要加鎖
if(instance == null)
{
//為當前線程加鎖
lock (locker)
{
//再次檢驗：避免當前線程實例化instance后，下一個線程再次實例
if (instance == null)
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
}