【23种设计模式】单例模式(一)

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摘要

  单例模式是创建型模式5种中的第1种,关注对象的创建, 保证一个类仅有一个实例,并且提供一个全局访问点。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创建一个实例?


前言:

  单例模式是创建型模式5种中的第1种,关注对象的创建, 保证一个类仅有一个实例,并且提供一个全局访问点。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创建一个实例?

一、应用场景:

  • 要求生产唯一序列号。
  • WEB 中的计数器,比如不用每次刷新都在数据库里加一次,用单例先缓存起来。
  • 创建的多个对象需要消耗的资源过多,比如 I/O 与数据库的连接等。

二、创建与实现:

以下提供两种情景实现方式,分别是单线程访问和多线程访问:

单线程实现:

定义:

 public class SingleObject     {         #region 第一种写法          /// <summary>         /// 创建 SingleObject 的一个对象         /// </summary>         private static SingleObject instance = new SingleObject();          /// <summary>         /// 让构造函数为 private,这样该类就不会被实例化         /// </summary>         private SingleObject() { }           /// <summary>         /// 获取全局唯一对象         /// </summary>         /// <returns></returns>         public static SingleObject getInstance()         {             return instance;         }          #endregion          #region 另外一种写法         /// <summary>         /// 创建 SingleObject 的一个空对象         /// </summary>         private static SingleObject instance2  = null;         /// <summary>         /// 获取全局唯一对象         /// </summary>         public static SingleObject getInstance2         {             get             {                 if (instance == null)                 {                     instance = new SingleObject();                 }                 return instance2;             }         }          #endregion         /// <summary>         /// 单例中定义的方法         /// </summary>         /// <returns></returns>         public string  showMessage()         {             return "这是单例设计模式返回的信息....";         }     } 

全局单例访问:

  //不合法的构造函数     //编译时错误:构造函数 SingleObject() 是不可见的     //SingleObject object = new SingleObject();      /// <summary>     /// 获取唯一可用的对象     /// </summary>     SingleObject object = SingleObject.getInstance();       /// <summary>     /// 调用返回消息     /// </summary>     string str =   object.showMessage(); 

说明:以上代码在单线程情况下不会出现任何问题。但是在多线程的情况下却不是安全的。如两个线程同时运行到:

if (instance == null) 

判断是否被实例化,一个线程判断为True后,在进行创建

instance = new Singleton(); 

之前,另一个线程也判断(instance == null),结果也为True。这样就就违背了Singleton模式的原则,保证一个类仅有一个实例。

多线程实现:

定义:

class Singleton     {         /// <summary>         /// 请注意一个关键字volatile,如果去掉这个关键字,还是有可能发生线程不是安全的。         /// </summary>         private static volatile Singleton instance = null;         /// <summary>         ///创建一个静态锁         /// </summary>         private static object lockHelper = new object();         private Singleton() { }         public static Singleton getSingleton         {             get             {                 if (instance == null)                 {                     lock (lockHelper)                     {                         if (instance == null)                         {                             instance = new Singleton();                         }                     }                 }                 return instance;             }         }     } 

说明:这种方式采用双锁机制,安全且在多线程情况下能保持高性能。双检锁/双重校验锁(DCL,即 double-checked locking)。此程序对多线程是安全的,使用了一个辅助对象lockHelper,保证只有一个线程创建实例,如果instance为空,保证只有一个线程创建唯一的一个实例。

instance = new Singleton(); 

(Double Check)请注意一个关键字volatile,如果去掉这个关键字,还是有可能发生线程不是安全的。volatile 保证严格意义的多线程编译器在代码编译时对指令不进行微调。

三、优缺点分析:

优点:

  • 在内存里只有一个实例,减少了内存的开销,尤其是频繁的创建和销毁实例(比如管理首页页面缓存)。
  • 避免对资源的多重占用(比如写文件操作)。

缺点:

  • 没有接口,既不能继承,又与单一职责原则冲突。一个类应该只关心内部逻辑,而不关心外面怎么样来实例化。