C#设计模式-单例模式

一、 单例（Singleton）模式

单例模式的特点：

• 单例类只能有一个实例。
• 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
• 单例类必须给所有其它对象提供这一实例。

二、 单例（Singleton）模式应用场景

1. Windows的Task Manager（任务管理器）就是很典型的单例模式（这个很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打开两个windows task manager吗？ 不信你自己试试看哦~ 
2. windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中，回收站一直维护着仅有的一个实例。
3. 网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步。
4. 应用程序的日志应用，一般都何用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加。
5. Web应用的配置对象的读取，一般也应用单例模式，这个是由于配置文件是共享的资源。
6. 数据库连接池的设计一般也是采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源。数据库软件系统中使用数据库连接池，主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗，这种效率上的损耗还是非常昂贵的，因为何用单例模式来维护，就可以大大降低这种损耗。
7. 多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式，这是由于线程池要方便对池中的线程进行控制。
8. 操作系统的文件系统，也是大的单例模式实现的具体例子，一个操作系统只能有一个文件系统。
9. HttpApplication 也是单位例的典型应用。熟悉ASP.NET(IIS)的整个请求生命周期的人应该知道HttpApplication也是单例模式，所有的HttpModule都共享一个HttpApplication实例.

三、 单例（Singleton）模式的六种写法

　　1. 简单实现

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace Singleton
{
    public sealed class Singleton1
    {
        private static Singleton1 instance = null;
        private Singleton1() { }
        public static Singleton1 Instance
        {
            get
            {
                if (instance==null)
                {
                    instance = new Singleton1();
                }
                return instance;
            }
        }
    }
}

评注：
对于线程来说不安全
单线程中已满足要求

优点:
由于实例是在 Instance 属性方法内部创建的，因此类可以使用附加功能
直到对象要求产生一个实例才执行实例化；这种方法称为“惰性实例化”。惰性实例化避免了在应用程序启动时实例化不必要的 singleton。

2. 线程安全

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace Singleton
{
    public sealed class Singleton2
    {
        private static Singleton2 instance = null;
        private static readonly object padlock = new object();
        Singleton2() { }
        public static Singleton2 Instance
        {
            get
            {
                lock(padlock)
                {
                    if (instance==null)
                    {
                        instance = new Singleton2();
                    }
                    return instance;
                }
            }
        }
    }
}

评注：
同一个时刻加了锁的那部分程序只有一个线程可以进入
对象实例由最先进入的那个线程创建
后来的线程在进入时（instence == null）为假，不会再去创建对象实例
增加了额外的开销，损失了性能

3. 双重锁

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace Singleton
{
    /// <summary>
    /// 单例模式-双重锁
    /// </summary>
    public sealed class Singleton3
    {
        //定义静态变量来保存类实例
        private static Singleton3 instance = null;
        //定义一个标识，确保线程同步
        private static readonly object padlock = new object();
        //定义私有构造函数，使外界不能创建该实例
        private Singleton3() { }
        //定义公有属性提供一个全局点
        public static Singleton3 Instance
        {
            // 当第一个线程运行到这里时，此时会对locker对象 "加锁"，
            // 当第二个线程运行该方法时，首先检测到locker对象为"加锁"状态，该线程就会挂起等待第一个线程解锁
            // lock语句运行完之后（即线程运行完之后）会对该对象"解锁"
            // 双重锁定只需要一句判断就可以了
            get
            {
                if (instance==null)
                {
                    lock(padlock)
                    {
                        if (instance==null)
                        {
                            instance = new Singleton3();
                        }
                    }
                }
                return instance;
            }
        }
    }
}

评注：
多线程安全
线程不是每次都加锁
允许实例化延迟到第一次访问对象时发生

4. 静态初始化

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace Singleton
{
    public sealed class Singleton4
    {
        private static readonly Singleton4 instance = new Singleton4();
        static Singleton4() { }
        private Singleton4() { }
        public static Singleton4 Instance
        {
            get { return instance; }
        }
    }
}

评注：
依赖公共语言运行库负责处理变量初始化
公共静态属性为访问实例提供了一个全局访问点
对实例化机制的控制权较少(.NET代为实现)
静态初始化是在 .NET 中实现 Singleton 的首选方法

5. 延迟初始化

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace Singleton
{
    public sealed class Singleton5
    {
        private Singleton5() { }
        public static Singleton5 Instance
        {
            get
            {
                return Nested.instance;
            }
        }

        private class Nested
        {
            static Nested() { }
            internal static readonly Singleton5 instance = new Singleton5();
        }
    }
}

评注：
初始化工作由Nested类的一个静态成员来完成，这样就实现了延迟初始化。

6. 使用.NET4.0 Lazy<T>

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace Singleton
{
    public sealed class Singleton6
    {
        private static readonly Lazy<Singleton6> lazy =
            new Lazy<Singleton6>(() => new Singleton6());
        public static Singleton6 Instance
        {
            get
            {
                return lazy.Value;
            }
        }

        private Singleton6() { }

    }
}

评注：

简单，性能好，可以通过IsValueCreated检测实例是否已经创建。