单例模式(Singleton pattern)

一、什么是单例模式

单例模式（Singleton）是几个创建模式中最对立的一个，它的主要特点不是根据用户程序调用生成一个新的实例，而是控制某个类型的实例唯一性，通过下图我们知道它包含的角色只有一个，就是Singleton，它拥有一个私有构造函数，这确保用户无法通过new直接实例它。除此之外，该模式中包含一个静态私有成员变量instance与静态公有方法Instance()。Instance()方法负责检验并实例化自己，然后存储在静态成员变量中，以确保只有一个实例被创建。 

 

 

二、单例模式的特点

• 有一个私有的无参构造函数，这可以防止其他类实例化它，而且单例类也不应该被继承，如果单例类允许继承那么每个子类都可以创建实例，这就违背了Singleton模式“唯一实例”的初衷。
• 单例类被定义为sealed,就像前面提到的该类不应该被继承，所以为了保险起见可以把该类定义成不允许派生，但没有要求一定要这样定义。
• 一个静态的变量用来保存单实例的引用。
• 一个公有的静态方法用来获取单实例的引用，如果实例为null即创建一个。

 

 

三、单例模式的优点

• 实例控制：单例模式防止其它对象对自己的实例化，确保所有的对象都访问一个实例。
• 伸缩性：因为由类自己来控制实例化进程，类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。

 

 

四、单例模式的缺点

• 系统开销。虽然这个系统开销看起来很小，但是每次引用这个类实例的时候都要进行实例是否存在的检查。这个问题可以通过静态实例来解决。
• 开发混淆。当使用一个单例模式的对象的时候（特别是定义在类库中的），开发人员必须要记住不能使用new关键字来实例化对象。因为开发者看不到在类库中的源代码，所以当他们发现不能实例化一个类的时候会很惊讶。
• 对象生命周期。单例模式没有提出对象的销毁。在提供内存管理的开发语言（比如，基于.NetFramework的语言）中，只有单例模式对象自己才能将对象实例销毁，因为只有它拥有对实例的引用。在各种开发语言中，比如C++，其它类可以销毁对象实例，但是这么做将导致单例类内部的指针指向不明。

 

 

五、单例模式的适用场景

• 使用Singleton模式有一个必要条件：在一个系统要求一个类只有一个实例时才应当使用单例模式。反之，如果一个类可以有几个实例共存，就不要使用单例模式。
• 不要使用单例模式存取全局变量。这违背了单例模式的用意，最好放到对应类的静态成员中。
• 不要将数据库连接做成单例，因为一个系统可能会与数据库有多个连接，并且在有连接池的情况下，应当尽可能及时释放连接。Singleton模式由于使用静态成员存储类实例，所以可能会造成资源无法及时释放，带来问题。 

 

 

 六、单例模式的实例

实例1：可以考虑实现单例模式的地方还有很多，例如：
1） 对于计算机的外部资源打印机的情况，因只有一个Printer Spooler，为避免两个打印作业同时输出到打印机中，可考虑用单例模式实现。
2） Window的回收站在整个系统中只有唯一的一个实例，而且回收站自行提供自己的实例，回收站也是单例模式的应用 

单例类（打印服务） 

public class PrintSploor
{
    //定义一个【私有的】实例方法，预防通过PrintSploor s=new PrintSploor(); 这样就做不到单例
    private PrintSploor() { }

    //创建一个私有的实例对象，保证是唯一的
    private static PrintSploor instance = null;

    //提供一个获取实例的公共方法
    public static PrintSploor Instance
    {
        get 
        {
            if (null == instance)
            {
                instance = new PrintSploor(); 
            }

            return instance;
        }
    }
}

客户端代码

public class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        PrintSploor printSploor1 = PrintSploor.Instance;
        PrintSploor printSploor2 = PrintSploor.Instance;

        if (printSploor1 == printSploor2)
        {
            Console.WriteLine("说明是同一对象，是单例。");
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("说明不是同一对象，不是单例。");
        }

        Console.Read();
    }
}

以上代码完成了在单线程程序中的单例模式，如果我们现在的程序是多线程的话，还是用这个单例类的话，就有可能会出现PrintSploor类的多个程序。那我们又该怎么避免呢？请看以下几种代码的实现：

方法一：

首先我们创建了一个静态只读的进程辅助对象，由于lock是确保当一个线程位于代码的临界区时，另一个线程不能进入临界区（同步操作）。如果其他线程试图进入锁定的代码，则它将一直等待，直到该对象被释放。从而确保在多线程下不会创建多个对象实例了。 

public class PrintSploor
{
    //定义一个【私有的】实例方法，预防通过PrintSploor s=new PrintSploor(); 这样就做不到单例
    private PrintSploor() { }

    //创建一个私有的实例对象，保证是唯一的
    private static PrintSploor instance = null;

    private static object syncObject = new object();

    //提供一个获取实例的公共方法
    public static PrintSploor Instance
    {
        get 
        {

            lock (syncObject)
            {
                if (null == instance)
                {
                    instance = new PrintSploor();
                } 
            }

            return instance;
        }
    }
}

方法二：

前面讲到的线程安全的实现方式的问题是要进行同步操作，那么我们是否可以降低通过操作的次数呢？其实我们只需在同步操作之前，添加判断该实例是否为null就可以降低通过操作的次数了，这样是经典的Double-Checked Locking方法。 

public class PrintSploor
{
    //定义一个【私有的】实例方法，预防通过PrintSploor s=new PrintSploor(); 这样就做不到单例
    private PrintSploor() { }

    //创建一个私有的实例对象，保证是唯一的
    private static PrintSploor instance = null;

    private static object syncObject = new object();

    //提供一个获取实例的公共方法
    public static PrintSploor Instance
    {
        get 
        {
            if (null == instance)
            {
                lock (syncObject)
                {
                    if (null == instance)
                    {
                        instance = new PrintSploor();
                    }
                } 
            }

            return instance;
        }
    }
}

方法三：

通过在类中创建instance静态字段的时候直接new出一个实例来，然后通过Instance属性来实现唯一获取该类实例的返回点，从而实现PrintSploor只有一个实例。达到单例模式的效果 

public class PrintSploor
{
    //定义一个【私有的】实例方法，预防通过PrintSploor s=new PrintSploor(); 这样就做不到单例
    private PrintSploor() { }

    //创建一个私有的实例对象，保证是唯一的
    private static PrintSploor instance = new PrintSploor();

    private static object syncObject = new object();

    //提供一个获取实例的公共方法
    public static PrintSploor Instance
    {
        get 
        {
            return instance;
        }
    }
}