C#单例模式的几种实现方式

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()); }
    }
}

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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;
        }
    }
}

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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;
        }
    }
}

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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;
        }
    }
}

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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();
        }
    }
}

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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。