单件模式（Singleton Pattern）

概述
    Singleton模式要求一个类有且仅有一个实例，并且提供了一个全局的访问点。这就提出了一个问题：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？客户程序在调用某一个类时，它是不会考虑这个类是否只能有一个实例等问题的，所以，这应该是类设计者的责任，而不是类使用者的责任。 从另一个角度来说，Singleton模式其实也是一种职责型模式。因为我们创建了一个对象，这个对象扮演了独一无二的角色，在这个单独的对象实例中，它集中了它所属类的所有权力，同时它也肩负了行使这种权力的职责！
意图
    保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

1．简单实现

/// <summary>
    /// 第一种：简单实现
    /// </summary>
    public sealed class Singleton1
    {
        static Singleton1 instance = null;

        Singleton1()
        { }

        #region 第一种：简单实现
        public static Singleton1 Instance
        {
            get
            {
                if (instance == null)
                {
                    instance = new Singleton1();
                }
                return instance;
            }
        }
        //这种方式的实现对于线程来说并不是安全的，因为在多线程的环境下有可能得到Singleton类的多个实例。如果同时有两个线程去判断（instance == null），并
        //且得到的结果为真，这时两个线程都会创建类Singleton的实例，这样就违背了Singleton模式的原则。实际上在上述代码中，有可能在计算出表达式的值之前，
        //对象实例已经被创建，但是内存模型并不能保证对象实例在第二个线程创建之前被发现。
        //该实现方式主要有两个优点：
        //1.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。
        //2.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。
        #endregion
    }

/// <summary>
    /// 第一种：简单实现
    /// </summary>
    public sealed class Singleton1
    {
        static Singleton1 instance = null;

        Singleton1()
        { }

        #region 第一种：简单实现
        public static Singleton1 Instance
        {
            get
            {
                if (instance == null)
                {
                    instance = new Singleton1();
                }
                return instance;
            }
        }
        //这种方式的实现对于线程来说并不是安全的，因为在多线程的环境下有可能得到Singleton类的多个实例。如果同时有两个线程去判断（instance == null），并
        //且得到的结果为真，这时两个线程都会创建类Singleton的实例，这样就违背了Singleton模式的原则。实际上在上述代码中，有可能在计算出表达式的值之前，
        //对象实例已经被创建，但是内存模型并不能保证对象实例在第二个线程创建之前被发现。 
        //该实现方式主要有两个优点： 
        //1.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。 
        //2.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。
        #endregion
    }

 

2．安全的线程

/// <summary>
    /// 第二种：安全的线程
    /// </summary>
    public sealed class Singleton2
    {
        static Singleton2 instance = null;
        static readonly object padlock = new object();

        Singleton2()
        {
        }

        #region 第二种：安全的线程
        public static Singleton2 Instance
        {
            get
            {
                lock (padlock)
                {
                    if (padlock == null)
                    {
                        instance = new Singleton2();
                    }
                }
                return instance;
            }
        }
        //这种方式的实现对于线程来说是安全的。我们首先创建了一个进程辅助对象，线程在进入时先对辅助对象加锁然后再检测对象是否被创建，
        //这样可以确保只有一个实例被创建，因为在同一个时刻加了锁的那部分程序只有一个线程可以进入。这种情况下，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了。但是这种实现方式增加了额外的开销，损失了性能。
        #endregion
    }

/// <summary>
    /// 第二种：安全的线程
    /// </summary>
    public sealed class Singleton2
    {
        static Singleton2 instance = null;
        static readonly object padlock = new object();

        Singleton2()
        { 
        }

        #region 第二种：安全的线程
        public static Singleton2 Instance
        {
            get
            {
                lock (padlock)
                {
                    if (padlock == null)
                    {
                        instance = new Singleton2();
                    }
                }
                return instance;
            }
        }
        //这种方式的实现对于线程来说是安全的。我们首先创建了一个进程辅助对象，线程在进入时先对辅助对象加锁然后再检测对象是否被创建，
        //这样可以确保只有一个实例被创建，因为在同一个时刻加了锁的那部分程序只有一个线程可以进入。这种情况下，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了。但是这种实现方式增加了额外的开销，损失了性能。
        #endregion
    }

3.双重锁定

/// <summary>
    /// 第三种：双重锁定
    /// </summary>
    public sealed class Singleton3
    {
        static Singleton3 instance = null;
        static readonly object padlock = new object();

        Singleton3()
        { }

        #region 第三种：双重锁定
        public static Singleton3 Instance
        {
            get
            {
                if (instance == null)
                {
                    lock (padlock)
                    {
                        if (instance == null)
                        {
                            instance = new Singleton3();
                        }
                    }
                }
                return instance;
            }
        }
        //这种实现方式对多线程来说是安全的，同时线程不是每次都加锁，只有判断对象实例没有被创建时它才加锁，有了我们上面第一部分的里面的分析，我们
        //知道，加锁后还得再进行对象是否已被创建的判断。它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。大多数情况下我们会用静态初始化。这种方式仍然有很多缺点：无
        //法实现延迟初始化。
        #endregion
    }

/// <summary>
    /// 第三种：双重锁定
    /// </summary>
    public sealed class Singleton3
    {
        static Singleton3 instance = null;
        static readonly object padlock = new object();

        Singleton3()
        { }

        #region 第三种：双重锁定
        public static Singleton3 Instance
        {
            get
            {
                if (instance == null)
                {
                    lock (padlock)
                    {
                        if (instance == null)
                        {
                            instance = new Singleton3();
                        }
                    }
                }
                return instance;
            }
        }
        //这种实现方式对多线程来说是安全的，同时线程不是每次都加锁，只有判断对象实例没有被创建时它才加锁，有了我们上面第一部分的里面的分析，我们
        //知道，加锁后还得再进行对象是否已被创建的判断。它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。大多数情况下我们会用静态初始化。这种方式仍然有很多缺点：无
        //法实现延迟初始化。
        #endregion
    }

 

4.静态初始化

/// <summary>
    /// 第四种：静态初始化
    /// </summary>
    public sealed class Singleton4
    {
        static readonly Singleton4 instance = new Singleton4();

        static Singleton4()
        { }

        Singleton4()
        { }

        #region 第四种：静态初始化
        #endregion
        public static Singleton4 Instance
        {
            get
            {
                return instance;
            }
        }
        //看到上面这段富有戏剧性的代码，我们可能会产生怀疑，这还是Singleton模式吗？在此实现中，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。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。
        //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。
    }

/// <summary>
    /// 第四种：静态初始化
    /// </summary>
    public sealed class Singleton4
    {
        static readonly Singleton4 instance = new Singleton4();

        static Singleton4()
        { }

        Singleton4()
        { }

        #region 第四种：静态初始化
        #endregion
        public static Singleton4 Instance
        {
            get
            {
                return instance;
            }
        }
        //看到上面这段富有戏剧性的代码，我们可能会产生怀疑，这还是Singleton模式吗？在此实现中，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。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。 
        //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。
    }

 

5.延迟初始化

/// <summary>
    /// 第五种：延迟初始化
    /// </summary>
    public sealed class Singleton5
    {
        Singleton5()
        { }

        public static Singleton5 Instance
        {
            get
            {
                return Nested.instance;
            }
        }

        class Nested
        {
            static Nested()
            {
            }

            internal static readonly Singleton5 instance = new Singleton5();
        }
    }
    //这里，初始化工作有Nested类的一个静态成员来完成，这样就实现了延迟初始化，并具有很多的优势，是值得推荐的一种实现方式。