设计模式 - 单例模式
单例模式
含义
即 保证一类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
优缺点
- 优点：
- 确保所有对象都访问一个实例
- 节省内存，避免频繁地创建、销毁对象
- 避免对共享资源的多重占用
- 缺点：
- 违背了"单一职责原则"
- 可扩展性差
实现过程
- 保证单一实例：创建private static类型的对象instance，其为空时才new实例化创建
- 全局访问点：创建public类GetInstance()方法用于全局访问instance，并担当检测、new instance的责任
概念图
代码实现
//单例类：
class Singleton
{
//私有化的构造函数
private Singleton() { Console.WriteLine("This is a SingleObject"); }
//单一的实例
private static Singleton instance;
//全局访问点
public static Singleton GetInstance()
{
//如果实例为空，则new一个新实例
if (instance == null)
{
instance = new Singleton();
Console.WriteLine("Create a new Instance");
}
else
{
Console.WriteLine("Get a Instance");
}
return instance;
}
}
//测试类：
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Singleton s1 = Singleton.GetInstance2();
Singleton s2 = Singleton.GetInstance2();
/* OUT:
This is a SingleObject
Create a new Instance
Get a Instance
*/
}
}
单例模式分类
根据new关键字实例化单例的先后顺序，可把单例模式分为饿汉式单例、懒汉式单例：
饿汉式
- 含义：开始时就实例化instance
- 优点：线程安全（因为instance是static类型）
- 缺点：不管是否使用对象，开始时就实例化并占用了空间。即空间换时间
//饿汉式：开始时就实例化instance
public class Singleton
{
private Singleton (){}
private static Singleton instance = new Singleton();
public static Singleton getInstance()
{
return instance;
}
}
懒汉式
- 含义：需要时才实例化instance
- 优点：资源利用率高。即时间换空间
- 缺点：多线程下存在隐患
//懒汉式：需要时才实例化instance
public class Singleton
{
private Singleton (){}
private static Singleton instance;
public static Singleton getInstance()
{
if (instance == null)
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
多线程中的单例
在上述懒汉式单例中，若多个线程同时进行到if (instance == null)，会全部检测通过，最终造成多线程下创建了多个实例，即 多线程不安全。因此需要对多线程下的单例模式进行调整，使用 lock机制实现线程安全：
//饿汉式 + 线程安全 + 单锁
class Singleton
{
private Singleton() {}
private static Singleton instance;
//静态只读对象用于辅助实现lock
private static readonly object locker = new object();
public static Singleton GetInstance()
{
//lock机制：确保一个线程位于该临界区时，其他线程不可再进入，直至当前线程访问完毕
lock (locker)
{
if (instance == null)
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
虽然加了lock锁实现了懒汉模式下的线程安全，但我们不难发现一个问题：若已经存在instance实例，在执行GetInstance()时还有必要lock{}吗？显然不需要，lock的使用必然是消耗一定空间的，因此为了节省lock的空间，采用更优解法：双重锁定（Double-Check-Locking）：
//饿汉式 + 线程安全 + 双锁
class Singleton
{
private Singleton() {}
private static Singleton instance;
//静态只读对象用于辅助实现lock
private static readonly object locker = new object();
public static Singleton GetInstance()
{
//首次检验：是否需要加锁
if(instance == null)
{
//为当前线程加锁
lock (locker)
{
//再次检验：避免当前线程实例化instance后，下一个线程再次实例
if (instance == null)
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
}
