c#设计模式-创建型模式 之 单例模式

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前言：

优点：

缺点:

饿汉式（静态变量方式）

懒汉式（线程不安全）

懒汉式（双重检查锁定）

推荐方式Lazy

总结：

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前言：

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供 了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

单例设计模式分类两种：

1. 饿汉式：类加载就会导致该单实例对象被创建
2. 懒汉式：类加载不会导致该单实例对象被创建，而是首次使用该对象时才会创建

优点：

1. 以保证内存里只有一个实例，减少了内存的开销；
2. 避免对资源的多重占用；
3. 设置全局访问点，可以优化和共享资源的访问。

缺点:

1. 一般没有接口，扩展困难;
2. 在调试过程中，如果单例中的代码没有执行完，也不能模拟生成一个新的对象;
3. 功能代码设计不合理的话，容易违背单一职责原则。

饿汉式（静态变量方式）

public class Singleton
{
    //私有构造方法
    private Singleton()
    {
    }

    //在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton _sSingleton = new Singleton();
    
    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton GetSingleton()
    {
        return _sSingleton;
    }
}

该方式生命Singleton类型静态变量，并创建静态对象_sSingleton，该方式中_sSingleton对象是随着类的加载而创建，因为被静态修饰符所修饰，如果一直没有使用该对象就会造成内存的浪费。

懒汉式（线程不安全）

public class Singleton
{
    //私有构造方法
    private Singleton()
    {
    }

    //在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton? _sSingleton;


    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton GetSingleton()
    {
        if (_sSingleton == null)
        {
            _sSingleton = new Singleton();
        }

        return _sSingleton;
    }
}

在这种方式中声明Singleton类型静态变量后，并没有立刻对对象进行赋值，而是在调用GetSingleton时，对_sSingleton判断是否为第一次调用，如果是则赋值，因此实现了懒加载效果，但是如果是多线程环境，会出现线程安全问题。

懒汉式（双重检查锁定）

解决线程安全问题我们可以使用lock关键字

lock关键字在C#中用于创建临界区，它可以确保同时只有一个线程能够执行被它限制的代码块。使用方法如下：

lock (variable) {
   // 被保护的代码块。
}

如下，使用 lock 语句，确保当一次只有一个线程可以进入该代码段，从而防止在多线程环境下创建出多个 Singleton 实例。如果其他线程试图进入锁定的代码，那么他们将阻塞（即暂停执行），直到原来的线程退出锁定的代码。因此容易造成线程阻塞

public class Singleton
{
    //定义了一个静态只读的对象_lockObject,用于控制对实例对象的访问
    private static readonly object _lockObject = new object();
    private static Singleton? _sSingleton;

    private Singleton()
    {
    }


    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            lock (_lockObject)
            {
                if (_sSingleton == null)
                {
                    _sSingleton = new Singleton();
                }

                return _sSingleton;
            }
        }
    }
}

推荐方式Lazy

使用Lazy<>是一种在C#中实现线程安全的单例模式的推荐方法，这种方式在.NET 4.0后开始提供。因为Lazy<>类型为线程安全并且延迟初始化提供了良好的支持。Lazy 会处理所有线程安全性问题，这是当前在C#中创建单例的首选方式。

public sealed class Singleton
{
   private static readonly Lazy lazy =
      new Lazy(() => new Singleton());

   public static Singleton Instance { get { return lazy.Value; } }
   private Singleton()
   {
   }
}

总结：

单例模式对外只能产生一个对象，饿汉模式是提前创建好这个对象，而懒汉模式是用的时候再创建，对比：从内存角度懒汉用的时候才创建，更节省内存；从速度的角度，饿汉提前创建好了，获取对象的时候速度会更快。