c#设计模式-单例模式(面试题)

c#设计模式-单例模式

单例模式三种写法：

第一种最简单，但没有考虑线程安全，在多线程时可能会出问题，

public class Singleton

{

private static Singleton _instance = null;

private Singleton(){}

public static Singleton CreateInstance()

{

if(_instance == null)

{

_instance = new Singleton();

}

return _instance;

}

}

第二种考虑了线程安全，不过有点烦，但绝对是正规写法，经典的一叉

public class Singleton

{

private volatile static Singleton _instance = null;

private static readonly object lockHelper = new object();

private Singleton(){}

public static Singleton CreateInstance()

{

if(_instance == null)

{

lock(lockHelper)

{

if(_instance == null)

_instance = new Singleton();

}

}

return _instance;

}

}

第三种可能是C#这样的高级语言特有的，实在懒得出奇

public class Singleton

{

private Singleton(){}

public static readonly Singleton instance = new Singleton();

}

一、 单例（Singleton）模式

单例模式的特点：

单例类只能有一个实例。

单例类必须自己创建自己的唯一实例。

单例类必须给所有其它对象提供这一实例。

单例模式应用：

每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，避免两个打印作业同时输出到打印机。

一个具有自动编号主键的表可以有多个用户同时使用，但数据库中只能有一个地方分配下一个主键编号。否则会出现主键重复。

二、 Singleton模式的结构：

Singleton模式包含的角色只有一个，就是Singleton。Singleton拥有一个私有构造函数，确保用户无法通过new直接实例它。除此之外，该模式中包含一个静态私有成员变量instance与静态公有方法Instance()。Instance方法负责检验并实例化自己，然后存储在静态成员变量中，以确保只有一个实例被创建。（关于线程问题以及C#所特有的Singleton将在后面详细论述）。

三、 程序举例：

该程序演示了Singleton的结构，本身不具有任何实际价值。

// Singleton pattern -- Structural example

using System;

// "Singleton"

class Singleton

{

// Fields

private static Singleton instance;

// Constructor

protected Singleton() {}

// Methods

public static Singleton Instance()

{

// Uses "Lazy initialization"

if( instance == null )

instance = new Singleton();

return instance;

}

}

/// <summary>

/// Client test

/// </summary>

public class Client

{

public static void Main()

{

// Constructor is protected -- cannot use new

Singleton s1 = Singleton.Instance();

Singleton s2 = Singleton.Instance();

if( s1 == s2 )

Console.WriteLine( "The same instance" );

}

}

四、 在什么情形下使用单例模式：

使用Singleton模式有一个必要条件：在一个系统要求一个类只有一个实例时才应当使用单例模式。反过来，如果一个类可以有几个实例共存，就不要使用单例模式。

注意：

不要使用单例模式存取全局变量。这违背了单例模式的用意，最好放到对应类的静态成员中。

不要将数据库连接做成单例，因为一个系统可能会与数据库有多个连接，并且在有连接池的情况下，应当尽可能及时释放连接。Singleton模式由于使用静态成员存储类实例，所以可能会造成资源无法及时释放，带来问题。

五、 Singleton模式在实际系统中的实现

下面这段Singleton代码演示了负载均衡对象。在负载均衡模型中，有多台服务器可提供服务，任务分配器随机挑选一台服务器提供服务，以确保任务均衡（实际情况比这个复杂的多）。这里，任务分配实例只能有一个，负责挑选服务器并分配任务。

// Singleton pattern -- Real World example

using System;

using System.Collections;

using System.Threading;

// "Singleton"

class LoadBalancer

{

// Fields

private static LoadBalancer balancer;

private ArrayList servers = new ArrayList();

private Random random = new Random();

// Constructors (protected)

protected LoadBalancer()

{

// List of available servers

servers.Add( "ServerI" );

servers.Add( "ServerII" );

servers.Add( "ServerIII" );

servers.Add( "ServerIV" );

servers.Add( "ServerV" );

}

// Methods

public static LoadBalancer GetLoadBalancer()

{

// Support multithreaded applications through

// "Double checked locking" pattern which avoids

// locking every time the method is invoked

if( balancer == null )

{

// Only one thread can obtain a mutex

Mutex mutex = new Mutex();

mutex.WaitOne();

if( balancer == null )

balancer = new LoadBalancer();

mutex.Close();

}

return balancer;

}

// Properties

public string Server

{

get

{

// Simple, but effective random load balancer

int r = random.Next( servers.Count );

return servers[ r ].ToString();

}

}

}

/// <summary>

/// SingletonApp test

/// </summary>

///

public class SingletonApp

{

public static void Main( string[] args )

{

LoadBalancer b1 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();

LoadBalancer b2 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();

LoadBalancer b3 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();

LoadBalancer b4 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();

// Same instance?

if( (b1 == b2) && (b2 == b3) && (b3 == b4) )

Console.WriteLine( "Same instance" );

// Do the load balancing

Console.WriteLine( b1.Server );

Console.WriteLine( b2.Server );

Console.WriteLine( b3.Server );

Console.WriteLine( b4.Server );

}

}

六、 C#中的Singleton模式

C#的独特语言特性决定了C#拥有实现Singleton模式的独特方法。这里不再赘述原因，给出几个结果：

方法一：

下面是利用.NET Framework平台优势实现Singleton模式的代码：

sealed class Singleton

{

private Singleton();

public static readonly Singleton Instance=new Singleton();

}

这使得代码减少了许多，同时也解决了线程问题带来的性能上损失。那么它又是怎样工作的呢？

注意到，Singleton类被声明为sealed，以此保证它自己不会被继承，其次没有了Instance的方法，将原来_instance成员变量变成public readonly，并在声明时被初始化。通过这些改变，我们确实得到了Singleton的模式，原因是在JIT的处理过程中，如果类中的static属性被任何方法使用时，.NET Framework将对这个属性进行初始化，于是在初始化Instance属性的同时Singleton类实例得以创建和装载。而私有的构造函数和readonly(只读)保证了Singleton不会被再次实例化，这正是Singleton设计模式的意图。

（摘自：http://www.cnblogs.com/huqingyu/archive/2004/07/09/22721.aspx ）

不过这也带来了一些问题，比如无法继承，实例在程序一运行就被初始化，无法实现延迟初始化等。

详细情况可以参考微软MSDN文章：《Exploring the Singleton Design Pattern》

方法二：

既然方法一存在问题，我们还有其它办法。

public sealed class Singleton

{

Singleton()

{

}

public static Singleton GetInstance()

{

return Nested.instance;

}

class Nested

{

// Explicit static constructor to tell C# compiler

// not to mark type as beforefieldinit

static Nested()

{

}

internal static readonly Singleton instance = new Singleton();

}

}

这实现了延迟初始化，并具有很多优势，当然也存在一些缺点。详细内容请访问：《Implementing the Singleton Pattern in C#》。文章包含五种Singleton实现，就模式、线程、效率、延迟初始化等很多方面进行了详细论述。