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.Net設計模式之單例模式(Singleton)_基礎應用

作者：springsnow ? 更新時間： 2022-07-01 編程語言

一、動機（Motivation）

在軟件系統(tǒng)中，經(jīng)常有這樣一些特殊的類，必須保證它們在系統(tǒng)中只存在一個實例，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)的構造器，提供一種機制來保證一個類只有一個實例？

這應該是類設計者的責任，而不是使用者的責任。

二、意圖（Intent）

保證一個類僅有一個實例，并提供一個該實例的全局訪問點

三、結構（Structure）

image

保證一個類僅有一個實例，并提供一個訪問它的全局訪問點。

四、單例模式的代碼實現(xiàn)

1、單線程Singleton模式的實現(xiàn)

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

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

    /// 

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

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

單線程Singleton模式的幾個要點

Singleton模式中的實例構造器可以設置為protected以允許子類派生。

Singleton模式一般不要支持ICloneable接口，因為這可能會導致多個對象實例，與Singleton模式的初衷違背。

Singleton模式一般不要支持序列化，因為這也有可能導致多個對象實例，同樣與Singleton模式的初衷違背。

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

不能應對多線程環(huán)境：在多線程環(huán)境下，使用Singleton模式仍然有可能得到Singleton類的多個實例對象。

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

public sealed class Singleton
{
    private static volatile Singleton uniqueInstance;// volatile關鍵字知識此成員變量能被多個線程訪問。
    
    private static readonly object locker = new object();// 定義一個標識確保線程同步

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

    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候會對代碼的順序進行微調(diào)，用volatile修飾保證了嚴格意義的順序。一個定義為volatile的變量是說這變量可能會被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會去假設這個變量的值了。精確地說就是，優(yōu)化器在用到這個變量時必須每次都小心地重新讀取這個變量的值，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”特性來實現(xiàn)單例的Singleton模式。（.Net中實現(xiàn)Singleton的首選方法）

內(nèi)聯(lián)初始化（生成的同時進行初始化）:

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Lazy

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)構造器。這樣也能夠精確地保證使用的時候一定能拿到實例，如果不使用也不會實例化對象，也就是延時加載的功能。他同樣能夠支持多線程環(huán)境，因為只可能有一個線程執(zhí)行靜態(tài)構造器，不可能有多個線程去執(zhí)行靜態(tài)構造器，感覺就是程序已經(jīng)自動為我們加鎖了。它的一點弊端就是它不支持參數(shù)化的實例化方法。

在.NET里靜態(tài)構造器只能聲明一個，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)的構造函數(shù)。

五、.NET框架中的Singleton應用

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t1==t2 這說明，GetType方法獲得的Type實例都是單例。

HttpContext.Current也是如此，他們是通過Singleton的擴展方式實現(xiàn)的，他們的單例也并不是覆蓋所有領域，只是針對某些局部領域中，是單例的，不同的領域中還是會有不同的實例。

原文鏈接：https://www.cnblogs.com/springsnow/p/9391804.html

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