C#设计模式之单例模式

单例模式

本篇博客将介绍单例模式，单例模式是结构最简单的设计模式，在他的核心结构中只包含一个被称为单例类的特殊类。通过单例模式可以确保系统中一个类只有一个实例，而且这个实例可以被外界轻松的访问，从而方便对实例个数进行控制，节约系统资源。

模式分类

创建型设计模式。

模式产生的原因

对于一个软件系统中的某些特殊类来说，只有一个实例很重要。例如，一个系统只能有一个文件系统或者窗口管理器；一个系统只能有一个计时工具或者ID生成器等。如何保证一个类只有一个实例且这个实例要易于被外界访问呢？，一个比较好的解决方案是让类自身负责创建和保存他的唯一实例，并保证不能创建其他实例，他还需要提供一个访问该实例的方法，这就是单例模式的动机。

模式类图

通常，为了防止外部对单例模式进行实例化，我们一般会将单例模式的构造函数设计为private访问等级。

经典代码实现

经典例子：

namespace Singleton.SingletonClassic
{
    public class SingletonClassic
    {
        private static SingletonClassic _instance;
        
        public SingletonClassic GetInstance
        {
            get
            {
                if (_instance == null)
                {
                    _instance = new SingletonClassic();
                }
                return _instance;
            }
        }
        /// 

        /// 一般来说，单例模式的构造函数为私有的
        /// 
        private SingletonClassic()
        {
            
        }
    }
}

饿汉式单例模式：

namespace Singleton.SingletonClassic
{
    public class EagerSingleton
    {
        private static EagerSingleton _instance = new EagerSingleton();

        public EagerSingleton GetInstance()
        {
            return _instance;
        }

        private EagerSingleton()
        {
            
        }
    }
}

懒汉式单例模式：

namespace Singleton.SingletonClassic
{
    public class LazySingleton
    {
        private static LazySingleton _instance;

        public LazySingleton GetInstance
        {
            get
            {
                if (_instance == null)
                {
                    _instance = new LazySingleton();
                }

                return _instance;
            }
        }

        private LazySingleton()
        {
            
        }
    }
}

懒汉式单例模式加双重检查锁定：

namespace Singleton.SingletonClassic
{
    public class LazySingleton
    {
        private static LazySingleton _instance;
        //程序运行时创建一个静态只读的辅助对象
        private static readonly object syncRoot = new object();
        

        public LazySingleton GetInstance
        {
            get
            {
                //第一重判断，先判断实力是否存在，不存在再加锁处理
                if (_instance == null)
                {
                    //加锁的程序在某一时刻只允许一个线程访问
                    lock (syncRoot)
                    {
                        //第二重判断
                        if (_instance == null)
                        {
                            _instance = new LazySingleton();  
                        }
                    }
                }
                return _instance;
            }
        }

        private LazySingleton()
        {
            
        }
    }
}

单例模式总结

单例模式的优点：

1. 单例模式提供了对唯一实例的受控访问，因为单例类封装了他唯一的实例，所以可以严格控制客户怎么访问他以及何时访问它。
2. 由于内存中只存在一个对象，可以节约系统资源。
3. 单例模式允许可变数目的实例，这样的单例称之为多例类。

单例模式的缺点：

1. 单例类没有抽象层，所以拓展比较困难。
2. 单例类的职责过重，在一定程度上违背了单一职责原则。