山天大畜
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C#面向对象设计模式纵横谈：Singleton 单件

　　模式分类

　　从目的来看：

　　-创建型（Creational）模式：负责对象创建

　　-结构型（Structural）模式：处理类与对象间的组合

　　-行为型（Behavioral）模式：类与对象交互中的职责分配

　　从范围来看：

　　-类模式处理类与子类的静态关系

　　-对象模式处理对象间的动态关系

　　动机（Motivation）

　　在软件系统中，经常有这样一些特殊的类，必须保证它们在系统中只存在一个实例，才能确保它们的逻辑正确性、以及良好的效率。如何绕过常规的构造器，提供一种机制来保证一个类只有一个实例？

这应该是类设计者的责任，而不是使用者的责任

　　结构（Structure）

C#面向对象设计模式纵横谈：Singleton 单件_第1张图片

 

　　单线程Singleton模式实现

C#面向对象设计模式纵横谈：Singleton 单件_第2张图片

　　私有的实例构造器是为了屏蔽默认产生的构造器，让类的使用者无法调用构造器。

　　单线程Singleton模式的几个要点

　　Singleton模式中的实例构造器可以设置为protected以允许子类派生。

　　Singleton模式一般不要支持ICloneable接口，因为这可能会导致多个对象实例，与Singleton模式的初衷违背。

　　Singleton模式一般不要支持序列化，因为这也有可能导致多个对象实例，同样与Singleton模式的初衷违背。

　　Singleton模式只考虑到了对象创建的管理，没有考虑对象销毁的管理。就支持垃圾回收平台和对象的开销来讲，我们一般没有必要对其销毁进行特殊的管理。

　　不能应对多线程环境：在多线程环境下，使用Singleton模式仍然有可能得到Singleton类的多个实例对象。

　　多线程Singleton模式实现

C#面向对象设计模式纵横谈：Singleton 单件_第3张图片

　　volatile修饰：编译器在编译代码的时候会对代码的顺序进行微调，用volatile修饰保证了严格意义的顺序。一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份。

　　使用.NET类型初始化机制实现多线程Singleton模式

image

　　以上是内联初始化（生成的同时进行初始化）的单例模式，它等同于：

C#面向对象设计模式纵横谈：Singleton 单件_第4张图片

　　内联初始化其实是把静态的字段放到静态构造器去初始化。反编译出内联初始化的代码可以看出以上结论

C#面向对象设计模式纵横谈：Singleton 单件_第5张图片

　　只要想访问静态字段，必定已经在之前执行了静态构造器。这样也能够精确地保证使用的时候一定能拿到实例，如果不使用也不会实例化对象，也就是延时加载的功能。他同样能够支持多线程环境，因为只可能有一个线程执行静态构造器，不可能有多个线程去执行静态构造器，感觉就是程序已经自动为我们加锁了。

　　它的一点弊端就是它不支持参数化的实例化方法。在.NET里静态构造器只能声明一个，而且必须是无参数的，私有的。因此这种方式只适用于无参数的构造器。

　　Singleton模式扩展
　　将一个实例扩展到n个实例，例如对象池的实现。（n不是指无限个实例，而是固定的某个数）将new构造器的调用转移到其他类中，例如多个类协同工作环境中，某个局部环境只需要拥有某个类的一个实例。理解和扩展Singleton模式的核心是“如何控制用户使用new对一个类的实例构造器的任意调用”。

　　.NET框架中的Singleton应用

image

　　t1==t2 这说明，GetType方法获得的Type实例都是单例。HttpContext.Current也是如此，他们是通过Singleton的扩展方式实现的，他们的单例也并不是覆盖所有领域，只是针对某些局部领域中，是单例的，不同的领域中还是会有不同的实例。

　　推荐参考书

　　《设计模式：可复用面向对象软件的基础》 GoF

　　《面向对象分析与设计》 Grady Booch　　

　　《敏捷软件开发：原则、模式与实践》 Robert C.Martin

　　《重构：改善既有代码的设计》 Martin Fowler

　　《Refactoring to Patterns》 Joshua Kerievsky

　　2010.9.21

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