设计模式-Singleton

需求:需要一个类，这个类只能有一个实例。

首先看一个很简单的例子

 1public class Singleton
 2{
 3    private static Singleton instance;
 4
 5    private Singleton() { }
 6
 7    public Singleton Instance
 8    {
 9        get
10        {
11            if (instance == null)
12            {
13                instance = new Singleton();
14            }
15
16            return instance;
17        }
18    }
19}

 

这个例子是在简单不过的了.这里用了一个属性,其实改用方法也一样,如下

   

 1public class Singleton
 2    {
 3        private static Singleton instance;
 4
 5        private Singleton() { }
 6
 7        public Singleton GetInstance()
 8        {
 9            if (instance == null)
10            {
11                instance = new Singleton();
12            }
13
14            return instance;
15        }
16    }
17
18

注意,这里用了一个技巧,或者也可以称做一种模式.那就是Lazy-Allocate(缓分配),或者Lazy-Load.
if(instance == null)
{
    instance = new Singleton();
}
.NET Framework中大量的使用了这种方法,Lazy-Allocate的设计概念很简单，就是未使用前不预付成本。

但是这种方式在单线程下确实运行的很好.一旦到了多线程就可能出现多个实例

需求:多线程环境下的单例

 

 

    public class Singleton
    {
        // volatile 实例的指令不被编译器重新调整 
        private static volatile Singleton instance;

        private static object lockHelper = new object();

        private Singleton() { }

        public Singleton Instance
        {
            get
            {
                // double check
                if (instance == null)
                {
                    lock (lockHelper)
                    {
                        if (instance == null)
                            instance = new Singleton();
                    }
                }

                return instance;
            }
        }
    }

首先多线程下判断instance为null的时候才可以进行实例,而实例化的时候要加一个锁
这里lockHelper,可以是你自己的有用的代码,也可以是一个仅仅起标识作用的不参与运算的对象
然后在判断是否实例化.这个方法也叫Double Check.

大家注意到private static volatile Singleton instance;多了一个关键字 volatile,这个是什么用的呢
就是在编译的时候,不要让Runtime调整编译指令的顺序

因为DotNet在编译的时候会对指令进行优化调整.所以即便用了Double Check还是有很小的机会创建多个Singleton的实例

所以我们加上volatile关键字,让Runtime不对这个instance做指令调整.这样就完全实现了多线程的Singleton.

有没有更简洁一点的用法呢.

看下面的例子

 

 1    public class Singleton
 2    {
 3        private static readonly Singleton instance = new Singleton();
 4
 5        private Singleton() { }
 6
 7        public Singleton Instance
 8        {
 9            get
10            {
11                return instance;
12            }
13        }
14    }
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这样就可以实现在多线程环境下的Singleton模式.为什么?

回忆一下readonly的用法,他本身就是只能进行一次初始化,然后就和const没什么区别.

那么还有一个问题.如果我的构造函数是有参数的时候该怎么办呢.

 

 

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

        private Singleton() { }

        public Singleton Instance
        {
            get
            {
                return instance;
            }
        }

        public int X { get; set; }
    }

这样本来需要在构造函数中需要的参数,我们把它改成一个属性.让这个属性是可以修改的..

噢,还可以考虑的解决方案.但是问题还是有.

比如有时候一些参数是有依赖性的.最好放在构造函数执行该怎么办呢.

看下面的代码

 

 

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

        private static bool instanced = false;

        private static object lockHelper = new object();

        private Singleton() { }

        public Singleton Instance
        {
            get
            {
                if (instanced)
                    return instance;
                else
                    throw new Exception("");
            }
        }

        public int X { get; set; }

        public void Init(int x)
        {
            if (!instanced)
            {
                lock (lockHelper)
                {
                    if (!instanced)
                    {
                        this.X = x;

                        instanced = true;
                    }
                }
            }
        }
    }

首先在私有构造函数中,我们把要执行的code转移到Init方法中,让私有构造函数是空.
这样我们保证了它是一个Singleton

其次必须使用Init来初始化这个对象.如果没有初始化就引用,这个时候抛出异常.

第三.Init方法也只执行一次.

这样一个保证多线程环境下,任意参数的构造的一个Singleton模式就完成了.

当然设计模式就是一种思想,不能生搬硬套.具体环境具体操作.

在单例模式的使用中,要注意一下几个方面:

Singleton模式中的构造器也可以设置为protected允许子类派生
Singleton模式一般不要支持ICloneable接口,避免导致多个对象实例
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
小心应对多线程环境;

Singleton的关键是只能生成一个实例,在推敲一下,就是只能生成固定数量的实例,那么这种情况下,Singleton就是一个特例.

关于生成固定数量的实例,有兴趣的朋友可以自行研究一下.