八.创建型设计模式——Singleton Pattern(单例模式)

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  定义

　　单例模式确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。这个类称为单例类，它提供全局访问的方法。单例模式的要点有三个：一是某个类只能有一个实例；二是它必须自行创建这个实例；三是它必须自行想整个系统提供这个实例。

　　UML类图如下：

　　

　　类和对象之间的关系为：

　　1.Singleton(单例)：提供了一个instance的方法，让客户可以使用它的唯一实例。内部实现只生成一个实例。

　　典型应用的顺序图如下：

　　

• 实例1——负载均衡控制器

　　 负载均衡器的实现就是单一的实例，对服务器的所以请求都通过一个了解服务器的状态对象来控制，因为个别的服务器可能会动态地开关。这个单例的类图如下：

　　

　　

    class LoadBalancer
    {
        private static LoadBalancer balancer;
        private ArrayList servers = new ArrayList();
        private Random random = new Random();
        //构造函数
        protected LoadBalancer()
        {
            servers.Add("ServerI");
            servers.Add("ServerII");
            servers.Add("ServerIII");
            servers.Add("ServerIV");
            servers.Add("ServerV");
        }
        public static LoadBalancer GetLoadBalancer()
        {
            //通过“双检锁”模式支持多线程的应用
            if (balancer == null)
            {
                //只有一个县城可以取得mutex
                Mutex mutex = new Mutex();
                mutex.WaitOne();
                if (balancer == null)
                    balancer = new LoadBalancer();
                mutex.Close();
            }
            return balancer;
        }
        public string Server
        {
            get 
            {
                int r = random.Next(servers.Count);
                return servers[r].ToString();
            }
        }
    }

    //客户应用测试
    class Client
    {
        [STAThread]
        static void Main(string[] args)
        {
            LoadBalancer b1 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
            LoadBalancer b2 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
            LoadBalancer b3 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
            LoadBalancer b4 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
            //检查是否相同，是单一实例
            if ((b1 == b2) && (b2 == b3) && (b3 == b4))
                Console.WriteLine("Same instance");
            //负载均衡
            Console.WriteLine(b1.Server);
            Console.WriteLine(b2.Server);
            Console.WriteLine(b3.Server);
            Console.WriteLine(b4.Server);
            Console.Read();

        }
    }

　　也可以在第一次调用getinstance方法就生成实例，直接了当。

　　

    public class Singleton
    {
        private static readonly Singleton instance = new Singleton();
        //注意默认的构造函数为私有，所以不能直接创建它
        private Singleton() { }
        //公共属性返回唯一实例
        public static Singleton Instance
        {
            get { return instance; }
        }
    }

 

• 优势和缺陷

　　Singleton单例模式为一个面向对象的应用程序提供了对象唯一的访问点，不管它实现何种功能，此种模式都为设计及开发团队提供了共享的概念。然而，Singleton对象类派生子类就有很大的困难，只有在父类没有被实例化时才可以实现。值得注意的是，有些对象不可以做成Singleton，比如.net的数据库链接对象(Connection)，整个应用程序同享一个Connection对象会出现连接池溢出错误。另外，.net提供了自动废物回收的技术，因此，如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为它是废物，自动消灭它并回收它的资源，下次利用时又会重新实例化，这种情况下应注意其状态的丢失。

• 应用情景

　　下面的情景很适合应用单例模式：

　　1. 系统只需要一个实例的对象。

　　2. 客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点。