设计模式——单例模式(Singleton)

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。——DP

UML类图

模式说明

个人认为单例模式是所有设计模式中最为简单的一个模式，因为实现这个模式仅需一个类，而不像其他模式需要若干个类。这个模式中，需要注意的一点就是获取实例时的线程安全问题。

通常单例模式的实现方式如下：

   class ToolBox
    {
        // 阻止外部实例化ToolBox
        private ToolBox()
        {
            guid = Guid.NewGuid();
        }

        private static ToolBox instance;
        private static object lockObj = new object();

        //提供一个全局访问点
        public static ToolBox GetToolBoxInstance()
        {
            if (instance != null) return instance;

            //要考虑线程安全问题
            lock (lockObj)
            {
                if (instance == null)
                {
                    instance = new ToolBox();
                }
            }

            return instance;
        }

        #region 用于测试

        private Guid guid;

        public void ShowGuid()
        {
            Console.WriteLine(guid.ToString());
        }

        #endregion

    }

另外，C#语言中提供一种“静态初始化”功能，对静态初始化器的调用是由CLR控制的，并且CLR会解决线程安全问题，保证只调用一次。所以也可以利用这个特性，来简化单例模式的C#实现：

    class ToolBox2
    {
        // 阻止外部实例化ToolBox2
        private ToolBox2() { guid = Guid.NewGuid(); }

        //静态内联初始化
        private static readonly ToolBox2 instance = new ToolBox2();

        //提供一个全局访问点
        public static ToolBox2 GetToolBoxInstance()
        {
            return instance;
        }

        #region 用于测试

        private Guid guid;

        public void ShowGuid()
        {
            Console.WriteLine(guid.ToString());
        }

        #endregion
    }

客户端访问代码如下（从输出可以看到，每次访问获取的都是同一个实例）：

        static void Main(string[] args)
        {
            // 测试单例模式
            for (int i = ; i < ; i++)
            {
                new Thread(x =>
                    ToolBox.GetToolBoxInstance().ShowGuid()
                    ).Start();
            }

            Thread.Sleep();
            Console.WriteLine();

            // 测试单例模式
            for (int i = ; i < ; i++)
            {
                new Thread(x =>
                    ToolBox2.GetToolBoxInstance().ShowGuid()
                    ).Start();
            }

            /* 输出如下
            f38db210-20bc-4c2d-8d43-40a0e58fedd5
            f38db210-20bc-4c2d-8d43-40a0e58fedd5
            f38db210-20bc-4c2d-8d43-40a0e58fedd5
            f38db210-20bc-4c2d-8d43-40a0e58fedd5
            f38db210-20bc-4c2d-8d43-40a0e58fedd5
            f38db210-20bc-4c2d-8d43-40a0e58fedd5
            f38db210-20bc-4c2d-8d43-40a0e58fedd5
            f38db210-20bc-4c2d-8d43-40a0e58fedd5
            f38db210-20bc-4c2d-8d43-40a0e58fedd5
            f38db210-20bc-4c2d-8d43-40a0e58fedd5

            8398be29-abd3-4abd-abf8-4fd09641427c
            8398be29-abd3-4abd-abf8-4fd09641427c
            8398be29-abd3-4abd-abf8-4fd09641427c
            8398be29-abd3-4abd-abf8-4fd09641427c
            8398be29-abd3-4abd-abf8-4fd09641427c
            8398be29-abd3-4abd-abf8-4fd09641427c
            8398be29-abd3-4abd-abf8-4fd09641427c
            8398be29-abd3-4abd-abf8-4fd09641427c
            8398be29-abd3-4abd-abf8-4fd09641427c
            8398be29-abd3-4abd-abf8-4fd09641427c
            */

            Console.ReadKey();
        }

总结

单例模式和前面介绍的工厂模式（工厂方法、抽象工厂）都属于创建型模式，负责类的实例化过程。单例模式的实现过程，只需要一个类，算是最简单的一个模式，在多线程环境下，单例模式的实现必须保证线程安全，否则在多个线程同时访问时，可能产生多个实例。在C#中，可以通过语言本身的特性（静态初始化器）来更简洁地实现单例模式。

参考

1. 程杰老师  《大话设计模式》