C#單例模式(Singleton Pattern)詳解

來源：本站原創(chuàng)|時間：2020-01-10|欄目：C#教程|點擊：次

（新手寫博客，主要是對自己學(xué)習(xí)的歸納總結(jié)。會對很多小細(xì)節(jié)詳解。）

單例模式的定義：

確保一個類只有一個實例，并提供一個全局訪問點。

首先實例大家應(yīng)該都明白就是類生成對象的過程簡單的就是String s=new String(),則s就是個實例。

Q:如何只生成一個實例？

A:1）首先必須將構(gòu)造函數(shù)變?yōu)樗接袕亩乐蛊渌悓嵗?，并且只能有一個構(gòu)造函數(shù)。因為系統(tǒng)會默認(rèn)一個無參構(gòu)造函數(shù)，而且默認(rèn)public訪問修飾符。所以必須寫一個私有無參讓默認(rèn)無效。（通常單例模式都是不帶形參的）

2）在該類中聲明一個自己本身的靜態(tài)實例，然后通過靜態(tài)方法返回。

Q:如何提供一個全局訪問點？

A:在類中創(chuàng)建一個公共并且靜態(tài)的屬性。（因為靜態(tài)方法是類中的一個成員方法,屬于整個類,即不用創(chuàng)建任何對象也可以直接調(diào)用。單例模式是不允許其他類實例的。）

代碼：

分為兩種模式：

1.LAZY模式

就是延遲加載，設(shè)計模式是為了避免一些無謂的性能開銷而提出來的，所謂延遲加載就是當(dāng)在真正需要數(shù)據(jù)(讀取屬性值)的時候，才真正執(zhí)行數(shù)據(jù)加載操作.有效使用它可以大大提高系統(tǒng)性能。

2.餓漢模式

與LAZY模式相反，加載時會將自己實例化。起來最容易的單例模式。

分析代碼1：（經(jīng)典）

// 不要用這種方式
public sealed class Singleton
{
  private static Singleton instance=null;//聲明自己本身的靜態(tài)實例
  private Singleton(){}//私有構(gòu)造
  public static Singleton Instance() //提供全局訪問點
  {
      if (instance==null)//實例不存在則創(chuàng)建
      {
        instance = new Singleton();
      }
      return instance;
  }
}

該代碼僅供理解，單例模式的定義。

問題：該方法是非線程安全的，當(dāng)有兩個線程同時進入時，如果instance為null則都會創(chuàng)建實例。實際上，在測試以前，實例就已經(jīng)有可能被創(chuàng)建了，但是內(nèi)存模型不能保證這個實例能被其他的線程看到。

下面我們優(yōu)化改進

分析代碼2：（非安全線程）

public sealed class Singleton
{
  private static Singleton instance = null;
  private static readonly object padlock = new object();//定義一個標(biāo)識確保線程同步
  Singleton(){}
  public static Singleton Instance()
  {
      lock (padlock)//線程到達時加鎖 運行完之后解鎖 當(dāng)遇到加鎖線程就會掛起等待解鎖
      {
        if (instance == null)
        {
          instance = new Singleton();
        }
        return instance;
      }
  }
}

以上解決了多線程問題。

問題：性能上來說，鎖變成了每次都必須的當(dāng)這個實例被響應(yīng)的時候。此時完全沒必要對線程輔助對象加鎖之后再去判斷，所以上面的實現(xiàn)方式增加了額外的開銷。

下面我們進行優(yōu)化改進：

代碼分析3：（雙重鎖定）

public sealed class Singleton
{
  private static Singleton instance = null;
  private static readonly object padlock = new object();
  Singleton(){}
  public static Singleton Instance
  {
    get
    {
      if (instance == null)//外層的if語句塊，這使得每個線程欲獲取實例時不必每次都得加鎖，因為只有實例為空時（即需要創(chuàng)建一個實例），才需加鎖創(chuàng)建
      {
        lock (padlock)
        {
          if (instance == null)
          {
            instance = new Singleton();
          }
        }
      }
      return instance;
    }
  }
}

這種“雙重檢查鎖定”理論上是完美的

問題是：并不能保證它會在單處理器或多處理器計算機上順利運行。（反正就是有問題吧之后再研讀一下看看具體是怎么回事）

代碼分析4：（不完全LAZY）

public sealed class Singleton
{
  private static readonly Singleton instance = new Singleton();

  // 顯示的static 構(gòu)造函數(shù)
  //靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)抑制了beforefieldinit 特性(訪問成員之前就執(zhí)行靜態(tài)函數(shù))
  static Singleton(){}
  private Singleton(){}
  public static Singleton Instance
  {
    get
    {
      return instance;
    }
  }
}

不完全LAZY模式（通過抑制beforefildinit特性并不能起到太大的效果）

代碼分析5：（完全LAZY）

public sealed class Singleton
{
  private Singleton(){}
  public static Singleton Instance { get { return Nested.instance; }}   
//嵌套類
  private class Nested
  {
    //抑制beforefieldinit特性
    static Nested(){}
    internal static readonly Singleton instance = new Singleton();
  }
}

這里使用了嵌套類(嵌套類型是LAZY加載的，也就是說嵌套類型在使用他時才會初始化）

代碼分析6：（Lazy<T>）

public sealed class Singleton
{
//使用.NET4 Lazy<T>
  private static readonly Lazy<Singleton> lazy =new Lazy<Singleton>(() => new Singleton());
  public static Singleton Instance { get { return lazy.Value; } }
  private Singleton() {}
}

Lazy<T> 對象初始化默認(rèn)是線程安全的，在多線程環(huán)境下，第一個訪問 Lazy<T> 對象的 Value 屬性的線程將初始化 Lazy<T> 對象，以后訪問的線程都將使用第一次初始化的數(shù)據(jù)。

以上全部是LAZY模式，現(xiàn)在了解下餓漢模式

代碼分析7：

public sealed class Singleton
{
    private static readonly Singleton instance=new Singleton();//直接實例化
    private Singleton(){}
    public static Singleton Instance()
    {
        return instance;
    }
}

在這種模式下，無需自己解決線程安全性問題，CLR會給我們解決。由此可以看到這個類被加載時，會自動實例化這個類，而不用在第一次調(diào)用Instance()后才實例化出唯一的單例對象。

為了優(yōu)化系統(tǒng)當(dāng)然還是選擇優(yōu)化模式。LAZY模式最好的應(yīng)該是使用Lazy<T>簡短安全。

以上都是我在博客園對單例模式學(xué)習(xí)的總結(jié)。今后會補充一些具體的項目中的案例讓和我一樣的新手更容易吸收理解最終達到舉一反三。這里重點參考了這里的文章，希望大家有指教的地方多多提點。感謝。

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