01、【C\#设计模式】单例模式(SingletonPattern）-程序员快看-教程，程序员编程资料站

前言
一、基本介绍
二、结构与实现
- 步骤 1
步骤 2
三、单例模式的几种实现方式
- 单线程Singleton实现
多线程Singleton实现【推荐用！多线程安全】
静态Singleton实现

前言

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？
这应该是类设计者的责任，而不是类使用者的责任。

一、基本介绍

意图：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。

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。

如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。

关键代码：构造函数是私有的。

应用实例：

一个班级只有一个班主任。
Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

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，不能继承，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。

使用场景：

要求生产唯一序列号。
WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
创建的一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、结构与实现

我们将创建一个 SingleObject 类。SingleObject 类有它的私有构造函数和本身的一个静态实例。

SingleObject 类提供了一个静态方法，供外界获取它的静态实例。SingletonPatternDemo 类使用 SingleObject 类来获取 SingleObject 对象。

步骤 1

创建一个 Singleton 类。

public class SingleObject {
   
     
 
   //创建 SingleObject 的一个对象
   private static SingleObject instance = new SingleObject();
 
   //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
   private SingleObject(){
   
     }
 
   //获取唯一可用的对象
   public static SingleObject getInstance(){
   
     
      return instance;
   }
 
   public void showMessage(){
   
     
      System.out.println("Hello World!");
   }
}

步骤 2

从singleton 类获取唯一的对象。

public class SingletonPatternDemo {
   
     
   public static void main(String[] args) {
   
     
 
      //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();
 
      //获取唯一可用的对象
      SingleObject object = SingleObject.getInstance();
 
      //显示消息
      object.showMessage();
   }
}

运行结果：

Hello World!

三、单例模式的几种实现方式

单线程Singleton实现

 class Singleton
    {
   
     
        private static Singleton instance = null;
        private Singleton() {
   
      }
        public static Singleton getInstance
        {
   
     
            get
            {
   
     
                if (instance == null)
                {
   
     
                    instance = new Singleton();
                }
                return instance;
            }
        }
        public void showMessage()
        {
   
     
      		 Console.WriteLine("Test");      
        }

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）。

怎样在多线程情况下实现Singleton？

多线程Singleton实现【推荐用！多线程安全】

双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）
描述：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。

 class Singleton
    {
   
     
        private static volatile Singleton instance = null;
        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;
            }
        }
        
        public void showMessage()
        {
   
     
      		 Console.WriteLine("Test");      
        }

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instance = new Singleton();创建唯一的一个实例）。（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。

静态Singleton实现

 class Static_Singleton
    {
   
     
        public static readonly Static_Singleton instance = new Static_Singleton();
        private Static_Singleton() {
   
      }

        public void showMessage()
        {
   
     
            Console.WriteLine("Test");
        }
    }

以上代码展开等同于：

 class Static_Singleton
    {
   
     
        public static readonly Static_Singleton instance;
        static Static_Singleton()
        {
   
     
            instance = new Static_Singleton();
        }
        private Static_Singleton() {
   
      }
        public void showMessage()
        {
   
     
            Console.WriteLine("Test");
        }
    }

优点：简洁，易懂
缺点：不可以实现带参数实例的创建。

参考文章：
https://www.cnblogs.com/abcdwxc/archive/2007/08/28/873342.html
https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html

【C#设计模式】总目录—共23种