C#单例模式的几种实现方式

文章总结自张波老师的视频教程

单例模式

  • 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
  • 意图(Intent)

    • 保证一个类仅有一个实例,并提供一个该实例的全局访问点。——《设计模式》GoF

简单实现

public sealed class Singleton
{
    private static Singleton _instance = null;

    private Singleton()
    {

    }

    public static Singleton Instance
    {
        get { return _instance ?? (_instance = new Singleton()); }
    }
}

说明:

  • 对于线程来说不安全
  • 单线程中已满足要求
  • 优点:
    • 由于实例是在 Instance 属性方法内部创建的,因此类可以使用附加功能
    • 直到对象要求产生一个实例才执行实例化;这种方法称为“惰性实例化”。惰性实例化避免了在应用程序启动时实例化不必要的 singleton。

线程安全的

public sealed class Singleton
{
    private static Singleton _instance = null;
    private static readonly object Padlock = new object();

    private Singleton()
    {
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            lock (Padlock)
            {
                if (_instance == null)
                {
                    _instance = new Singleton();
                }

            }
            return _instance;
        }
    }
}

说明:

  • 同一个时刻加了锁的那部分程序只有一个线程可以进入
  • 对象实例由最先进入的那个线程创建
  • 后来的线程在进入时(instence == null)为假,不会再去创建对象实例
  • 增加了额外的开销,损失了性能

双重锁定

public sealed class Singleton
{
    private static Singleton _instance = null;
    private static readonly object Padlock = new object();

    private Singleton()
    {
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                lock (Padlock)
                {
                    if (_instance == null)
                    {
                        _instance = new Singleton();
                    }

                }
            }

            return _instance;
        }
    }
}

说明:

  • 多线程安全
  • 线程不是每次都加锁
  • 允许实例化延迟到第一次访问对象时发生

静态初始化

public sealed class Singleton
{
    private static readonly Singleton _instance = null;

    static Singleton()
    {
        _instance = new Singleton();
    }

    private Singleton()
    {
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return _instance;
        }
    }
}

说明:

  • 依赖公共语言运行库负责处理变量初始化
  • 公共静态属性为访问实例提供了一个全局访问点
  • 对实例化机制的控制权较少(.NET代为实现)
  • 静态初始化是在 .NET 中实现 Singleton 的首选方法

延迟初始化

public sealed class Singleton
{
    private Singleton()
    {
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return Nested.instance;
        }
    }

    private class Nested
    {
        internal static readonly Singleton instance = null;
        static Nested()
        {
            instance = new Singleton();
        }
    }
}

说明:

  • 初始化工作由Nested类的一个静态成员来完成,这样就实现了延迟初始化

注意事项

  • 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。
  • Singletom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。就支持垃圾回收的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。

总结

  • Singleton模式是限制而不是改进类的创建。
  • 理解和扩展Singleton模式的核心是“如何控制用户使用new对一个类的构造器的任意调用”。
  • 可以很简单的修改一个Singleton,使它有少数几个实例,这样做是允许的而且是有意义的。

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