Singleton
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Singleton
Singleton 设计模式的下列实现采用了 Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software[Gamma95] 中所描述的解决方案，但对它进行了修改，以便利用 C# 中可用的语言功能，如属性：
using System;
public class Singleton
{
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton Instance
{
get
{
if (instance == null)
{
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
}
该实现主要有两个优点：
| • | 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（例如，对子类进行实例化），即使它可能引入不想要的依赖性。 |
| • | 直到对象要求产生一个实例才执行实例化；这种方法称为"懒实例化"。懒实例化避免了在应用程序启动时实例化不必要的 singleton。 |
但是，这种实现的主要缺点是在多线程环境下它是不安全的。如果执行过程的不同线程同时进入 Instance 属性方法，那么可能会创建多个 Singleton 对象实例。每个线程都会执行下列语句，并决定必须创建新的实例：
if (instance == null)
解决此问题的方法有很多。一种方法是使用被称为 Double-Check Locking[Lea99] 的技术。而 C# 与公共语言运行库也提供了一种"静态初始化"方法，这种方法不需要开发人员显式地编写线程安全代码，即可解决这些问题。
静态初始化
One of the reasons Design Patterns[Gamma95] 避免使用静态初始化的原因之一是，C++ 规范在静态变量的初始化顺序方面留下了一些多义性。幸运的是，.NET Framework 通过其变量初始化处理方法解决了这种多义性：
public sealed class Singleton
{
private static readonly Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){}
public static Singleton Instance
{
get
{
return instance;
}
}
}
在此策略中，将在第一次引用类的任何成员时创建实例。公共语言运行库负责处理变量初始化。该类标记为 sealed 以阻止发生派生，而派生可能会增加实例。有关将类标记为 sealed 的利与弊的讨论，请参阅 [Sells03]。此外，变量标记为 readonly，这意味着只能在静态初始化期间（此处显示的示例）或在类构造函数中分配变量。
该实现与前面的示例类似，不同之处在于它依赖公共语言运行库来初始化变量。它仍然可以用来解决 Singleton 模式试图解决的两个基本问题：全局访问和实例化控制。公共静态属性为访问实例提供了一个全局访问点。此外，由于构造函数是私有的，因此不能在类本身以外实例化 Singleton 类；因此，变量引用的是可以在系统中存在的唯一的实例。
由于 Singleton 实例被私有静态成员变量引用，因此在类首次被对 Instance 属性的调用所引用之前，不会发生实例化。因此，与 Design Patterns 形式的 Singleton 一样，该解决方案实现了懒实例化属性的一种形式。
这种方法唯一的潜在缺点是，您对实例化机制的控制权较少。在 Design Patterns 形式中，您能够在实例化之前使用非默认的构造函数或执行其他任务。由于在此解决方案中由 .NET Framework 负责执行初始化，因此您没有这些选项。在大多数情况下，静态初始化是在 .NET 中实现 Singleton 的首选方法。
多线程 Singleton
静态初始化适合于大多数情形。如果您的应用程序必须延迟实例化、在实例化之前使用非默认的构造函数或执行其他任务、并且工作在多线程环境中，那么您 需要另一种解决方案。但是，在一些情况下，您无法像在"静态初始化"示例中那样依赖公共语言运行库来确保线程的安全性。在这种情况下，必须使用特定的语言 功能来确保在存在多线程的情况下仅创建一个对象实例。更常见的解决方案之一是使用 Double-Check Locking[Lea99] 技术来阻止不同的线程同时创建 singleton 的新实例。
注意：公共语言运行库解决了在其他环境中常见的、与使用 Double-Check Locking 有关的问题。
下面的实现仅允许一个线程在尚未创建 Singleton 实例的情况下进入关键区域（该区域由 lock 块标识）。
using System;
public sealed class Singleton
{
private static volatile Singleton instance;
private static object syncRoot = new Object();
private Singleton() {}
public static Singleton Instance
{
get
{
if (instance == null)
{
lock (syncRoot)
{
if (instance == null)
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}
}
}
此方法确保了仅在需要实例时才会创建仅一个实例。此外，变量被声明为 volatile，以确保只有在实例变量分配完成后才能访问实例变量。最后，此方法使用 syncRoot 实例来进行锁定（而不是锁定类型本身），以避免发生死锁。
此 double-check locking 方法解决了线程并发问题，同时避免在每个 Instance 属性方法的调用中都出现独占锁定。它还允许您将实例化延迟到第一次访问对象时发生。实际上，应用程序很少需要这种类型的实现。大多数情况下，静态初始化方法已经够用。
在 C# 中实现 Singleton 具有下列优缺点：
优点
| • | 由于 .NET Framework 显式地指定静态变量初始化如何以及何时发生，因此静态初始化方法是可能的。 |
| • | 列的前面的"多线程 Singleton"中所描述的 Double-Check Locking 技术已在公共语言运行库中正确实现。 |
缺点
如果您的多线程应用程序需要进行显式初始化，那么必须采取措施以避免线程问题。