『创建型』单例模式Singleton学习笔记

建议大家直接去看参考的文章，因为我在这里所记录的主要是从这几篇文章中学到的，以及自己的实现。

参考：

1. http://www.cnblogs.com/tomxu/archive/2011/12/19/2291448.html
2. http://yinlei555.iteye.com/blog/707986 「static与线程安全」

 

目的：保证一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

笔记：

因为单例模式可以说是整个设计模式中最简单的一种模式了，所以其实现的方式也很多，当然，这其中所考查的知识点也很多。

首先，为了保证不被在类外面实例化，就要使用私有构造函数。即使用private来标注构造函数。

其次，为了保证不被子类继承后实例化，可以使用sealed来限制继承。当然，如果需要使用子类，而一般不会去尝试实例化基类的话，是可以不使用sealed的。ps：做为基类的存在，一般不建议使用单例模式。

然后，为了保证外面可以得到一个实例化后的对象，我们可以使用static来标注一个类型为当前类的属性对象，并根据需要对其初始化的过程进行控制，以便来达到只有一个实例可以被返回的作用。这里也就所谓的全局访问点了。

最后，如果是运行在多线程环境中的话，还要考虑线程安全，以及可能存在的创建多个的问题。所谓的线程安全，更多的是指多线程环境中共享资源的安全。

几种实现方式：

using System;

public sealed class Singleton
{
   private static Singleton instance;

   private Singleton() {}

   public static Singleton Instance
   {
      get 
      {
         if (instance == null)
         {
            instance = new Singleton();
         }
         return instance;
      }
   }
}

笔记：

这种实现方式在多线程环境下，可能会是不好用的，但是也不会出现异常。也就是说，如果同一时间点，有多个线程都要实例化这个对象的化，就会有多个实例出现。

这里所谓的在多线程环境中不好用，是因为实例的创建是在属性的GET方法中，这表示着，当同一时间点，多个线程同时访问同一个从未被实例化过的单例对象时，因为之前这个对象是没有被实例化过的，所以就会一起实例化它，从而导致的多个实例对象共同存在的现象。

这里如果是使用单一核心的CPU的话，应该也是不存在多线程同一时间创建多个单例对象的情况。因为所谓的多线程并发操作实质上是对CPU的执行时间的线性分配上，也就是说，在单一核心CPU的情况下，多线程并发实质上也是线性执行的。所以说，在单一核心CPU的时候，应该是不会存在这种问题的。

private：private 关键字是一个成员访问修饰符。 私有访问是允许的最低访问级别。 私有成员只有在声明它们的类和结构体中才是可访问的。

static：声明属于类型本身而不是属于特定对象的静态成员。

sealed：此修饰符会阻止其他类从该类继承。

使用sealed标记类的原因，是为了防止被继承后在子类实例化。

public sealed class Singleton
{
   // 在静态私有字段上声明单例
   private static readonly Singleton instance = new Singleton();
   
   // 私有构造函数，确保用户在外部不能实例化新的实例
   private Singleton(){}

   // 只读属性返回静态字段
   public static Singleton Instance
   {
      get 
      {
         return instance; 
      }
   }
}

笔记：

这里与第一个方式不同的地步在于声明实例的时候，就使用new关键字，来实例化。这样可以保证在第一次使用这个类的时候，就可以有一个实例在，并且不会有第一个实现的那种多线程的情况出现。

这种方式根据出处(http://www.cnblogs.com/tomxu/archive/2011/12/19/2291448.html)中所说的一个不是很好的地方在于我们不能保证在IL里，这个字段是什么时候被创建。

当然，在现在看来，如果不是对性能有特别的要求的话，这个还是可以接受的。

readonly：声明引入的字段赋值只能作为声明的一部分出现，或者出现在同一类的构造函数中。也就是说，是只读的对象，只在第一次实例化的时候赋值以便初始化。

    public sealed class Singleton
    {
        // 依然是静态自动hold实例
        private static volatile Singleton instance = null;
        // Lock对象，线程安全所用
        private static object syncRoot = new Object();

        private Singleton() { }

        public static Singleton Instance
        {
            get
            {
                if (instance == null)
                {
                    lock (syncRoot)
                    {
                        if (instance == null)
                            instance = new Singleton();
                    }
                }

                return instance;
            }
        }
    }

笔记：

这个方法与前两种不同的地方在于在实例化对象之前，先Lock一个用做线程安全的对象。

使用这个对象的时候，就可以保证在一个线程使用单例的时候，不会被其他线程改变，以确保在多线程同步的情况下的资源共享的安全。

volatile：指示一个字段可以由多个同时执行的线程修改。 声明为 volatile 的字段不受编译器优化（假定由单个线程访问）的限制。 这样可以确保该字段在任何时间呈现的都是最新的值。通常用于由多个线程访问但不使用 lock 语句对访问进行序列化的字段。

    public class Singleton
    {
        // 因为下面声明了静态构造函数，所以在第一次访问该类之前，new Singleton()语句不会执行
        private static readonly Singleton _instance = new Singleton();

        public static Singleton Instance
        {
            get { return _instance; }
        }

        private Singleton()
        {
        }

        // 声明静态构造函数就是为了删除IL里的BeforeFieldInit标记
        // 以去北欧静态自动在使用之前被初始化
        static Singleton()
        {
        }
    }

笔记：

这里根据原文的解释，使用静态构造方法可以有效的控制对象的实例化过程，可以阻止IL在代码使用这个类之前实例化它。

    public sealed class Singleton
    {
        private Singleton()
        {
        }

        public static Singleton Instance { get { return Nested._instance; } }

        private class Nested
        {
            static Nested()
            {
            }

            internal static readonly Singleton _instance = new Singleton();
        }
    }

笔记：

感觉上与第四种差不多，细想下，还是一定有区别的，不然就使用第四种就好了。

这一种与第四种都是利用了静态方法在何时调用这一个特性来控制IL在调用这个类之前不去实例化这个对象。

静态构造函数用于初始化任何 静态 数据，或用于执行仅需执行一次的特定操作。 在创建第一个实例或引用任何静态成员之前，将自动调用静态构造函数。

    public class Singleton
    {
        // 因为构造函数是私有的，所以需要使用lambda
        private static readonly Lazy<Singleton> _instance = new Lazy<Singleton>(() => new Singleton());
        // new Lazy<Singleton>(() => new Singleton(), LazyThreadSafetyMode.ExecutionAndPublication);

        private Singleton()
        {
        }

        public static Singleton Instance
        {
            get
            {
                return _instance.Value;
            }
        }
    }

笔记：

lambda函数的说明：「（）」表示没有传入参数，也就是说，当调用这个lambda函数的时候，会实例化一个Singleton对象。

lazy：提供对延迟初始化的支持。

lazy.value：     获取当前 Lazy(Of T) 实例的延迟初始化值。