一、動(dòng)機(jī)（Motivation）

在軟件系統(tǒng)中，經(jīng)常有這樣一些特殊的類，必須保證它們?cè)谙到y(tǒng)中只存在一個(gè)實(shí)例，才能確保它們的邏輯正確性、以及良好的效率。

如何繞過常規(guī)的構(gòu)造器，提供一種機(jī)制來保證一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例？

這應(yīng)該是類設(shè)計(jì)者的責(zé)任，而不是使用者的責(zé)任。

二、意圖（Intent）

保證一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)該實(shí)例的全局訪問點(diǎn)

三、結(jié)構(gòu)（Structure）

保證一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)訪問它的全局訪問點(diǎn)。

四、單例模式的代碼實(shí)現(xiàn)

1、單線程Singleton模式的實(shí)現(xiàn)

public sealed class Singleton
{
    private static Singleton uniqueInstance;// 定義一個(gè)靜態(tài)變量來保存類的實(shí)例

    private Singleton() // 定義私有構(gòu)造函數(shù)，使外界不能創(chuàng)建該類實(shí)例
    {
    }

    /// 

    /// 定義公有方法提供一個(gè)全局訪問點(diǎn),同時(shí)你也可以定義公有屬性來提供全局訪問點(diǎn)
    /// 
    /// 
    public static Singleton GetInstance()
    {
        if (uniqueInstance == null)// 如果類的實(shí)例不存在則創(chuàng)建，否則直接返回
        {
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

私有的實(shí)例構(gòu)造器是為了屏蔽默認(rèn)產(chǎn)生的構(gòu)造器，讓類的使用者無法調(diào)用構(gòu)造器。

單線程Singleton模式的幾個(gè)要點(diǎn)

Singleton模式中的實(shí)例構(gòu)造器可以設(shè)置為protected以允許子類派生。

Singleton模式一般不要支持ICloneable接口，因?yàn)檫@可能會(huì)導(dǎo)致多個(gè)對(duì)象實(shí)例，與Singleton模式的初衷違背。

Singleton模式一般不要支持序列化，因?yàn)檫@也有可能導(dǎo)致多個(gè)對(duì)象實(shí)例，同樣與Singleton模式的初衷違背。

Singleton模式只考慮到了對(duì)象創(chuàng)建的管理，沒有考慮對(duì)象銷毀的管理。就支持垃圾回收平臺(tái)和對(duì)象的開銷來講，我們一般沒有必要對(duì)其銷毀進(jìn)行特殊的管理。

不能應(yīng)對(duì)多線程環(huán)境：在多線程環(huán)境下，使用Singleton模式仍然有可能得到Singleton類的多個(gè)實(shí)例對(duì)象。

2、雙多線程重鎖定（Double Check）Singleton模式的實(shí)現(xiàn)

public sealed class Singleton
{
    private static volatile Singleton uniqueInstance;// volatile關(guān)鍵字知識(shí)此成員變量能被多個(gè)線程訪問。
    
    private static readonly object locker = new object();// 定義一個(gè)標(biāo)識(shí)確保線程同步

    private Singleton()// 定義私有構(gòu)造函數(shù)，使外界不能創(chuàng)建該類實(shí)例
    {
    }

    public static Singleton GetInstance()
    {
        if (uniqueInstance == null)//先判斷不存在再枷鎖
        {
            lock (locker)
            {
                if (uniqueInstance == null)// 如果類的實(shí)例不存在則創(chuàng)建，否則直接返回
                {
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

volatile修飾符：編譯器在編譯代碼的時(shí)候會(huì)對(duì)代碼的順序進(jìn)行微調(diào)，用volatile修飾保證了嚴(yán)格意義的順序。一個(gè)定義為volatile的變量是說這變量可能會(huì)被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會(huì)去假設(shè)這個(gè)變量的值了。精確地說就是，優(yōu)化器在用到這個(gè)變量時(shí)必須每次都小心地重新讀取這個(gè)變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。

3、使用C#語言的“靜態(tài)初始化”特性來實(shí)現(xiàn)單例的Singleton模式。（.Net中實(shí)現(xiàn)Singleton的首選方法）

內(nèi)聯(lián)初始化（生成的同時(shí)進(jìn)行初始化）:

public sealed class Singleton
{
    private static readonly Singleton instance = new Singleton();

    public static Singleton GetInstance()
    {
        return Singleton.instance;
    }

    private Singleton()//私有構(gòu)造函數(shù)，防止外界調(diào)用
    {
       //...
     }
}

它等同于：

public sealed class Singleton
{
    public static readonly Singleton instance;

    //靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)，初始化靜態(tài)變量。CLR只執(zhí)行一次
    static Singleton()
    {
        instance = new Singleton();
    }

    public static Singleton GetInstance()
    {
        return Singleton.instance;
    }

    private Singleton()//私有構(gòu)造函數(shù)，防止外界調(diào)用
    {
       //...
    }
}

另一種優(yōu)雅寫法是要用到.net 4.0里L(fēng)azy

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

    public static Singleton Instance => lazy.Value;

    private Singleton()
    {
    }
}

只要想訪問靜態(tài)字段，必定已經(jīng)在之前執(zhí)行了靜態(tài)構(gòu)造器。這樣也能夠精確地保證使用的時(shí)候一定能拿到實(shí)例，如果不使用也不會(huì)實(shí)例化對(duì)象，也就是延時(shí)加載的功能。他同樣能夠支持多線程環(huán)境，因?yàn)橹豢赡苡幸粋€(gè)線程執(zhí)行靜態(tài)構(gòu)造器，不可能有多個(gè)線程去執(zhí)行靜態(tài)構(gòu)造器，感覺就是程序已經(jīng)自動(dòng)為我們加鎖了。它的一點(diǎn)弊端就是它不支持參數(shù)化的實(shí)例化方法。

在.NET里靜態(tài)構(gòu)造器只能聲明一個(gè)，而且必須是無參數(shù)的，私有的。因此這種方式只適用于無參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)。

五、.NET框架中的Singleton應(yīng)用

t1==t2 這說明，GetType方法獲得的Type實(shí)例都是單例。

HttpContext.Current也是如此，他們是通過Singleton的擴(kuò)展方式實(shí)現(xiàn)的，他們的單例也并不是覆蓋所有領(lǐng)域，只是針對(duì)某些局部領(lǐng)域中，是單例的，不同的領(lǐng)域中還是會(huì)有不同的實(shí)例。

到此這篇關(guān)于.Net設(shè)計(jì)模式之單例模式(Singleton)的文章就介紹到這了。希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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