创建型模式(一) 单例模式(Singleton)
一、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。
二、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
三、结构(Structure)
保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。
四、单例模式的代码实现
1、单线程Singleton模式的实现
public sealed class Singleton
{
private static Singleton uniqueInstance;// 定义一个静态变量来保存类的实例 private Singleton() // 定义私有构造函数,使外界不能创建该类实例
{
} /// <summary>
/// 定义公有方法提供一个全局访问点,同时你也可以定义公有属性来提供全局访问点
/// </summary>
/// <returns></returns>
public static Singleton GetInstance()
{
if (uniqueInstance == null)// 如果类的实例不存在则创建,否则直接返回
{
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}
私有的实例构造器是为了屏蔽默认产生的构造器,让类的使用者无法调用构造器。
单线程Singleton模式的几个要点
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。
Singleton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。
不能应对多线程环境:在多线程环境下,使用Singleton模式仍然有可能得到Singleton类的多个实例对象。
2、双多线程重锁定(Double Check)Singleton模式的实现
public sealed class Singleton
{
private static volatile Singleton uniqueInstance;// volatile关键字知识此成员变量能被多个线程访问。 private static readonly object locker = new object();// 定义一个标识确保线程同步 private Singleton()// 定义私有构造函数,使外界不能创建该类实例
{
} public static Singleton GetInstance()
{
if (uniqueInstance == null)//先判断不存在再枷锁
{
lock (locker)
{
if (uniqueInstance == null)// 如果类的实例不存在则创建,否则直接返回
{
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}
volatile修饰符:编译器在编译代码的时候会对代码的顺序进行微调,用volatile修饰保证了严格意义的顺序。一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变,这样,编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是,优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值,而不是使用保存在寄存器里的备份。
3、使用C#语言的“静态初始化”特性来实现单例的Singleton模式。(.Net中实现Singleton的首选方法)
内联初始化(生成的同时进行初始化):
public sealed class Singleton
{
private static readonly Singleton instance = new Singleton();
public static Singleton GetInstance()
{
return Singleton.instance;
}
private Singleton()//私有构造函数,防止外界调用
{
//...
}
}
它等同于:
public sealed class Singleton
{
public static readonly Singleton instance; //静态构造函数,初始化静态变量。CLR只执行一次
static Singleton()
{
instance = new Singleton();
}
public static Singleton GetInstance()
{
return Singleton.instance;
}
private Singleton()//私有构造函数,防止外界调用
{
//...
}
}
另一种优雅写法是要用到.net 4.0里Lazy<T>
public sealed class Singleton
{
private static readonly Lazy<Singleton> lazy =
new Lazy<Singleton>(() => new Singleton()); public static Singleton Instance => lazy.Value; private Singleton()
{
}
}
只要想访问静态字段,必定已经在之前执行了静态构造器。这样也能够精确地保证使用的时候一定能拿到实例,如果不使用也不会实例化对象,也就是延时加载的功能。他同样能够支持多线程环境,因为只可能有一个线程执行静态构造器,不可能有多个线程去执行静态构造器,感觉就是程序已经自动为我们加锁了。它的一点弊端就是它不支持参数化的实例化方法。
在.NET里静态构造器只能声明一个,而且必须是无参数的,私有的。因此这种方式只适用于无参数的构造函数。
五、.NET框架中的Singleton应用
t1==t2 这说明,GetType方法获得的Type实例都是单例。
HttpContext.Current也是如此,他们是通过Singleton的扩展方式实现的,他们的单例也并不是覆盖所有领域,只是针对某些局部领域中,是单例的,不同的领域中还是会有不同的实例。
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