单例模式以及在C#中的使用

下面做一些简要的说明。

1.

单例模式(Singleton Pattern)，又称作单件模式，当然也有一种诙谐的称谓：单身模式。在经典的GoF所著的《Design Patterns》一书中，对单例模式有着详尽的介绍，这本书网上有全文版本。

2.

单例模式的意图是保证一个类仅有一个实例，并且要提供一个全局访问点来访问这个实例。通常这个全局访问点是一个静态方法或者C#中的一个属性。

3.

在C#中，典型的单例模式实现方法可以如下：

public class Manager

{

    private static Manager Mgr;

 

    //constructor must be private

    private Manager() { }

 

    //public and static, or you can change it to Property instead of Method.

    public static Manager GetInstance()

    {

        if (Mgr == null)

        {

            Mgr = new Manager();

        }

        return Mgr;

    }

}

当外部需要Manager的实例时，可以调用GetInstance()这个静态方法。由于Manager类的构造器是私有的，这也就避免了其他方式实例化这个Manager类。GetInstance()方法内部的实现，保证了全局中只有一个Manager实例。

4.

问题肯定不会这么简单就被解决，比如在多线程环境中，上述代码就会有很大的隐患。

• 有一种情况很常见：两个线程同时调用GetInstance()方法；
• 当某一个线程由于Mgr为null而进入条件判断代码块的时候，而恰恰还没有执行实例化一个Manager对象，这时候另一个线程由于Mgr为null，所以也会进入这个条件语句中

上面两种情况，很显然都会创建Manager实例，这也就违背了单例模式的意图了。

利用C#的特性，我们可以把一个线程先锁住(lock)，等到这个线程完成后，再让下一个线程访问GetInstance()方法：

private static readonly object syncObject = new object();

 

//public and static, or you can change it to Property instead of Method.

public static Manager GetInstance()

{

    //double check

    if (Mgr == null)

    {

        lock (syncObject)

        {

            if (Mgr == null)

            {

                Mgr = new Manager();

            }

        }

    }

    return Mgr;

}

代码中用到了双重检查锁定(double check locking)的技术，是为了提高性能考虑，因为C#中lock语句是很耗性能的。第一道检查，是基于如果Mgr不为null的时候就不需要lock了，提高性能。第二道检查，是基于两个线程同时通过第一道检查后，第一个线程解锁后，由于Mgr此时已经不为null，所以第二个线程就不用实例化Manager了。

5.

单例模式有两种实现方式，主要基于构建的方式不同：

1. 延迟初始化(Lazy Initialization)，也叫“懒汉模式”：单例实例在第一次使用时被构建；
2. 热初始化(Eager Initialization)，也叫“恶汉模式”：单例实例在类加载时创建

前面创建单例模式的方式都属于延迟初始化。.NET 4.0以后提供了一个Lazy<T>泛型类，可以被应用于这个场景，省却代码的编写量。

public class Manager

{

    private static Lazy<Manager> mgr = new Lazy<Manager>();

     

    //version of Thread Safe

    //private static Lazy<Manager> mgr = new Lazy<Manager>(true);

     

    private Manager() { }

 

    public static Manager GetInstance()

    {

        return mgr.Value;

    }

}

Lazy<T>的构造器重载版本可以帮我们解决多线程的问题。

C#使用静态初始化来完成单例模式中的热初始化。需要注意的是，不需要考虑多线程的问题，因为CLR会自动解决多线程同步的问题。如果程序经常要用到这个实例，运用热初始化可以显著提高性能。

public class Manager

{

    private static readonly Manager mgr = new Manager();

 

    private Manager() { }

 

    public static Manager GetInstance()

    {

        return mgr;

    }

}

6.

StackOverflow中对于单例模式都是持否定态度的，比如这个：

In theory: when you need to restrict the instantiation of an object to one instance. In practice: never.

主要基于下面几个原因：

• 违反了单一职责原则
• 耦合度过大
• 单元测试基本无法进行
• 开发混淆，造成混乱。比如作为API提供的时候。

总之，

There‘s at most a can use but there no need.

文章来源:http://laobian.me/2013/02/singleton-pattern-with-csharp.html