c#設(shè)計(jì)模式之單例模式的實(shí)現(xiàn)方式
場(chǎng)景描述
單例模式對(duì)于我們來(lái)說(shuō)一點(diǎn)也不模式,是一個(gè)常見(jiàn)的名稱(chēng),單例模式在程序中的實(shí)際效果就是:確保一個(gè)程序中只有一個(gè)實(shí)例,并提供一個(gè)全局訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn),節(jié)省系統(tǒng)資源
單例模式無(wú)論是在實(shí)際開(kāi)發(fā)中還是在軟件應(yīng)用中比較常見(jiàn),比如,windows系統(tǒng)的任務(wù)管理器、IIS的HttpApplication、實(shí)際項(xiàng)目中的日志組件等等
實(shí)現(xiàn)方式
單例模式為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)例,那么只有不把實(shí)例創(chuàng)建暴露出去,只通過(guò)類(lèi)本身來(lái)創(chuàng)建實(shí)例,為了實(shí)現(xiàn)效果,需要定義一個(gè)私有構(gòu)造函數(shù)
單例模式實(shí)現(xiàn)方式有:餓漢式、懶漢式、雙重驗(yàn)證式、靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)
下面分別對(duì)每一種實(shí)現(xiàn)方式做一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例,以及其優(yōu)缺點(diǎn)
餓漢式
/// <summary>
/// 創(chuàng)建一個(gè) Singleton 類(lèi)(餓漢式)
/// 這種方式比較常用,但容易產(chǎn)生垃圾對(duì)象。
///優(yōu)點(diǎn):沒(méi)有加鎖,執(zhí)行效率會(huì)提高。
///缺點(diǎn):類(lèi)加載時(shí)就初始化,浪費(fèi)內(nèi)存。
///它基于 classloder 機(jī)制避免了多線(xiàn)程的同步問(wèn)題,不過(guò),instance 在類(lèi)裝載時(shí)就實(shí)例化,
///雖然導(dǎo)致類(lèi)裝載的原因有很多種,在單例模式中大多數(shù)都是調(diào)用 getInstance 方法,
///但是也不能確定有其他的方式(或者其他的靜態(tài)方法)導(dǎo)致類(lèi)裝載,這時(shí)候初始化 instance 顯然沒(méi)有達(dá)到 lazy loading 的效果。
/// </summary>
public class SingleObject
{
//創(chuàng)建 SingleObject 的一個(gè)對(duì)象
private static SingleObject instance = new SingleObject();
//讓構(gòu)造函數(shù)為 private,這樣該類(lèi)就不會(huì)被實(shí)例化
private SingleObject() {
Console.WriteLine("我被創(chuàng)建了.餓漢式");
}
//獲取唯一可用的對(duì)象
public static SingleObject GetInstance()
{
return instance;
}
public void ShowMessage()
{
Console.WriteLine("Hello World.餓漢式");
}
}
懶漢式
/// <summary>
/// 創(chuàng)建一個(gè) Singleton 類(lèi)(懶漢式)
/// 這種方式具備很好的 lazy loading,能夠在多線(xiàn)程中很好的工作,但是,效率很低,99% 情況下不需要同步。
/// 優(yōu)點(diǎn):第一次調(diào)用才初始化,避免內(nèi)存浪費(fèi)。
/// 缺點(diǎn):懶漢式在單個(gè)線(xiàn)程中沒(méi)有問(wèn)題,但多個(gè)線(xiàn)程同事訪(fǎng)問(wèn)的時(shí)候就可能同事創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例,而且這多個(gè)實(shí)例不是同一個(gè)對(duì)象。
/// </summary>
public class SingleObject1
{
//創(chuàng)建 SingleObject 的一個(gè)對(duì)象
private static SingleObject1 instance;
//讓構(gòu)造函數(shù)為 private,這樣該類(lèi)就不會(huì)被實(shí)例化
private SingleObject1() { }
//獲取唯一可用的對(duì)象
public static SingleObject1 GetInstance()
{
if (instance == null)
{
instance = new SingleObject1();
Console.WriteLine("我被創(chuàng)建了.懶漢式");
}
return instance;
}
public void ShowMessage()
{
Console.WriteLine("Hello World.懶漢式");
}
}
雙重驗(yàn)證式
/// <summary>
/// 創(chuàng)建一個(gè) Singleton 類(lèi)(雙重驗(yàn)證)
/// 這種方式具備很好的 lazy loading,能夠在多線(xiàn)程中很好的工作,但是,效率很低,99% 情況下不需要同步。
/// 優(yōu)點(diǎn):第一次調(diào)用才初始化,避免內(nèi)存浪費(fèi),線(xiàn)程安全。
/// 缺點(diǎn):必須加鎖 synchronized 才能保證單例,但加鎖會(huì)影響效率。
/// </summary>
public class SingleObject2
{
//創(chuàng)建 SingleObject 的一個(gè)對(duì)象
private static SingleObject2 instance;
// 定義一個(gè)標(biāo)識(shí)確保線(xiàn)程同步
private static readonly object locker = new object();
//讓構(gòu)造函數(shù)為 private,這樣該類(lèi)就不會(huì)被實(shí)例化
private SingleObject2() { }
//獲取唯一可用的對(duì)象
public static SingleObject2 GetInstance()
{
//// 如果為空,那么就加鎖,創(chuàng)建實(shí)例
if (instance == null)
{
lock (locker)
{
//// 枷鎖成功后,在做一次非空判斷,避免在加鎖期間以創(chuàng)建了實(shí)例而導(dǎo)致重復(fù)創(chuàng)建
if (instance == null)
{
instance = new SingleObject2();
Console.WriteLine("我被創(chuàng)建了.雙重驗(yàn)證");
}
}
}
return instance;
}
public void ShowMessage()
{
Console.WriteLine("Hello World.雙重驗(yàn)證");
}
}
靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)
/// <summary>
/// 創(chuàng)建一個(gè) Singleton 類(lèi)(靜態(tài)內(nèi)部類(lèi))
/// 這種方式不用加鎖,在效率上和內(nèi)存使用上都比較優(yōu)秀
/// 克服了餓漢模式的不足餓漢模式執(zhí)行效率高,由于在類(lèi)加載的時(shí)候初始化導(dǎo)致內(nèi)存浪費(fèi)
/// </summary>
public class SingletonStatic
{
/// <summary>
/// 內(nèi)部類(lèi)
/// </summary>
public class SingletonStaticInner
{
/// <summary>
/// 當(dāng)一個(gè)類(lèi)有靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)時(shí),它的靜態(tài)成員變量不會(huì)被beforefieldinit修飾
/// 就會(huì)確保在被引用的時(shí)候才會(huì)實(shí)例化,而不是程序啟動(dòng)的時(shí)候?qū)嵗?
/// </summary>
static SingletonStaticInner() { }
/// <summary>
/// 實(shí)例化
/// </summary>
internal static SingletonStatic singletonStatic = new SingletonStatic();
}
/// <summary>
/// 私有構(gòu)造函數(shù)
/// </summary>
private SingletonStatic() {
Console.WriteLine("我被創(chuàng)建了.靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)");
}
/// <summary>
/// 獲取實(shí)例
/// </summary>
/// <returns></returns>
public static SingletonStatic GetInstance()
{
return SingletonStaticInner.singletonStatic;
}
public void ShowMessage()
{
Console.WriteLine("Hello World.靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)");
}
}
每一種創(chuàng)建方式測(cè)試
創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)程序,通過(guò)多線(xiàn)程對(duì)每一種實(shí)現(xiàn)方式使用,查看其實(shí)例次數(shù)分析:
/*
介紹
意圖:保證一個(gè)類(lèi)僅有一個(gè)實(shí)例,并提供一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)它的全局訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)。
主要解決:一個(gè)全局使用的類(lèi)頻繁地創(chuàng)建與銷(xiāo)毀。
何時(shí)使用:當(dāng)您想控制實(shí)例數(shù)目,節(jié)省系統(tǒng)資源的時(shí)候。
如何解決:判斷系統(tǒng)是否已經(jīng)有這個(gè)單例,如果有則返回,如果沒(méi)有則創(chuàng)建。
關(guān)鍵代碼:構(gòu)造函數(shù)是私有的。
應(yīng)用實(shí)例:
典型的已有應(yīng)用:
1、windows的任務(wù)管理器等
2、IIS的HttpApplication,所有的HttpModule都共享一個(gè)HttpApplication實(shí)例
在項(xiàng)目中的實(shí)際使用場(chǎng)景:
1、日志組件
2、多線(xiàn)程線(xiàn)程池管理
3、網(wǎng)站計(jì)數(shù)器
4、配置文件管理
*/
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
List<Task> taskList = new List<Task>();
//// 測(cè)試--餓漢式
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
taskList.Add(taskFactory.StartNew(() =>
{
SingleObject.GetInstance();
}));
}
//// 測(cè)試--懶漢式
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
taskList.Add(taskFactory.StartNew(() =>
{
SingleObject1.GetInstance();
}));
}
//// 測(cè)試--雙重驗(yàn)證
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
taskList.Add(taskFactory.StartNew(() =>
{
SingleObject2.GetInstance();
}));
}
//// 測(cè)試--靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
taskList.Add(taskFactory.StartNew(() =>
{
SingletonStatic.GetInstance();
}));
}
Console.ReadLine();
}
}
運(yùn)行結(jié)果:
通過(guò)結(jié)果可以看出:懶漢式實(shí)際創(chuàng)建了2個(gè)實(shí)例,所以在多線(xiàn)程中,懶漢式有線(xiàn)程不安全問(wèn)題
總結(jié)
根據(jù)單例模式是每一種實(shí)現(xiàn)方式對(duì)比分析,在實(shí)際使用過(guò)程中:
如果是單線(xiàn)程應(yīng)用環(huán)境,建議可以采用懶漢模
如果是多線(xiàn)程應(yīng)用環(huán)境,建議采用靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)方式
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