单例模式

本来我自己写了一篇，就在发布的时候，博客园也不知道怎么抽抽了，尼玛，我写的那么久的东西整个都没有了，就留了一句“什么是单例模式呢”，汝妹！不开森！！！这件事情告诉我，以后要现在Word活着其他编辑器上编辑好再复制到博文，不然就是白费了一腔心血。

以下文章转载自：单例模式（Singleton），例子我自己也写了，但与这篇文章也是差不多一样的。因为上述原因，不想再写一遍了，就转载了这一篇我觉得看起来轻松好理解的文章。

简单说来，单例模式（也叫单件模式）的作用就是保证在整个应用程序的生命周期中，任何一个时刻，单例类的实例都只存在一个（当然也可以不存在）。

下面来看单例模式的结构图（图太简单了）

从上面的类图中可以看出，在单例类中有一个构造函数 Singleton ，但是这个构造函数却是私有的（前面是“ - ”符号），然后在里面还公开了一个 GetInstance（）方法，

通过上面的类图不难看出单例模式的特点，从而也可以给出单例模式的定义

单例模式保证一个类仅有一个实例，同时这个类还必须提供一个访问该类的全局访问点。

先来将 Singleton 写出来再说

    public class Singleton
    {
        private static Singleton singleton;
          
        private Singleton()
        {
        }

        public static Singleton GetInstance()
        {
            if (singleton == null)
            {
                singleton = new Singleton();
            }
            return singleton;
        }
    }

调用：

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Singleton a = Singleton.GetInstance();
            Singleton b = Singleton.GetInstance();
            if (a.Equals(b))
            {
                System.Console.WriteLine("实例确实相同");
                System.Console.ReadLine();
            }
        }
    }

  运行结果为

从上面的结果可以看出来，尽管我两次访问了 GetInstance（），但是我访问的只是同一个实例，换句话来说，上面的代码中，由于构造函数被设置为 private 了，所以您无法再在 Singleton 类的外部使用 new 来实例化一个实例，您只能通过访问 GetInstance（）来访问 Singleton 类，

GetInstance（）通过如下方式保证该 Singleton 只存在一个实例：首先这个 Singleton 类会在在第一次调用 GetInstance（）时创建一个实例，并将这个实例的引用封装在自身类中，然后以后调用 GetInstance（）时就会判断这个 Singleton 是否存在一个实例了，如果存在，则不会再创建实例。而是调用以前生成的类的实例，这样下来，整个应用程序中便就只存在一个实例了。

从这里再来总结单例模式的特点：

首先，单例模式使类在程序生命周期的任何时刻都只有一个实例，

然后，单例的构造函数是私有的，外部程序如果想要访问这个单例类的话，

必须通过 GetInstance（）来请求（注意是请求）得到这个单例类的实例。    

                             

有的时候，总是容易把全局变量和单例模式给弄混了，下面就剖析一下全局变量和单例模式相比的缺点

首先，全局变量呢就是对一个对象的静态引用，全局变量确实可以提供单例模式实现的全局访问这个功能，

但是，它并不能保证您的应用程序中只有一个实例，同时，在编码规范中，也明确指出，

应该要少用全局变量，因为过多的使用全局变量，会造成代码难读，

还有就是全局变量并不能实现继承（虽然单例模式在继承上也不能很好的处理，但是还是可以实现继承的）

而单例模式的话，其在类中保存了它的唯一实例，这个类，它可以保证只能创建一个实例，

同时，它还提供了一个访问该唯一实例的全局访问点。

                      

下面来看一种情况（这里先假设我的应用程序是多线程应用程序），同时还是以前面的 Demo 来做为说明，

如果在一开始调用 GetInstance（）时，是由两个线程同时调用的（这种情况是很常见的），注意是同时，（或者是一个线程进入 if 判断语句后但还没有实例化 Singleton 时，第二个线程到达，此时 singleton 还是为 null），两个线程均会进入 GetInstance（），而后由于是第一次调用 GetInstance（），存储在 Singleton 中的静态变量 singleton== null ，两个线程均可通过 if 语句的条件判断，会创建两个实例，很显然，这便违法了单例模式的初衷了，

那么如何解决上面出现的这个问题（即多线程下使用单例模式时有可能会创建多个实例这一现象）呢？

其实，这个是很好解决的，

由于上面出现的问题中涉及到多个线程同时访问这个 GetInstance（），那么您可以先将一个线程锁定，然后等这个线程完成以后，再让其他的线程访问 GetInstance（）中的 if 段语句，

比如，有两个线程同时到达如果 singleton ！= null 的话，那么上面提到的问题是不会存在的，因为已经存在这个实例了，所有的线程都无法进入 if 语句块，

也就是所有的线程都无法调用语句 new Singleton（）了，这样还是可以保证应用程序生命周期中的实例只存在一个，

但是如果此时的 singleton == null 的话，那么意味着这两个线程都是可以进入这个 if 语句块的，那么就有可能出现上面出现的单例模式中有多个实例的问题，

此时，我可以让一个线程先进入 if 语句块，然后我在外面对这个 if 语句块加锁，对第二个线程呢，由于 if 语句进行了加锁处理，所以这个进程就无法进入 if 语句块而处于阻塞状态，

当进入了 if 语句块的线程完成 new  Singleton（）后，这个线程便会退出 if 语句块，此时，第二个线程就从阻塞状态中恢复，即就可以访问 if 语句块了，但是由于前面的那个线程已近创建了 Singleton 的实例，所以 singleton != null ，此时，第二个线程便无法通过 if 语句的判断条件了，即无法进入 if 语句块了，这样便保证了整个生命周期中只存在一个实例，也就是只有第一个线程创建了 Singleton 实例，第二个线程则无法创建实例。

下面就来重新改进前面 Demo 中的 Singleton 类，使其在多线程的环境下也可以实现单例模式的功能。

    public class Singleton
    {
        // 定义一个static的全局变量来保存该类唯一实例
        private static Singleton singleton;

        //该对象在程序运行时创建
        private static readonly object syncObject = new object();

        // private, 确保外部调用时不能用new来创建实例
        private Singleton()
        {
        }

        // 定义一个static的全局访问点，确保外部无需实例化即可调用
        public static Singleton GetInstance()
        {
            // 保证只在第一次调用时实例化一次
            if (singleton == null)
            {
                lock (syncObject)//锁定
                {
                    if (singleton == null)
                    {
                        singleton = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return singleton;
        }
    }

 

上面的就是改进后的代码，可以看到在类中有定义了一个静态的只读对象  syncObject，为何还要创建一个 syncObject 静态只读对象呢？

由于提供给 lock 关键字的参数必须为基于引用类型的对象，该对象用来定义锁的范围，所以这个引用类型的对象不能为 null ，而开始的时候，singleton 为 null，无法实现加锁，必须要再创建一个对象即 syncObject 来定义加锁的范围。

为什么要在 if 语句中使用两次判断 singleton == null ？这里涉及到一个名词 Double-Check Locking ，也就是双重检查锁定，为何要使用双重检查锁定呢？

考虑这样一种情况，就是有两个线程同时到达，即同时调用 GetInstance（），此时由于 singleton == null ，所以很明显，两个线程都可以通过第一重的 singleton == null ，进入第一重 if 语句后，由于存在锁机制，所以会有一个线程进入 lock 语句并进入第二重 singleton == null ，而另外的一个线程则会在 lock 语句的外面等待。当第一个线程执行完 new  Singleton（）语句后，便会退出锁定区域，此时，第二个线程便可以进入 lock 语句块，此时，如果没有第二重 singleton == null 的话，那么第二个线程还是可以调用 new  Singleton（）语句，这样第二个线程也会创建一个 Singleton 实例，这样也还是违背了单例模式的初衷的，所以这里必须要使用双重检查锁定。

细心的朋友一定会发现，如果我去掉第一重 singleton == null ，程序还是可以在多线程下完好的运行的，考虑在没有第一重 singleton == null 的情况下，当有两个线程同时到达，此时，由于 lock 机制的存在，第一个线程会进入 lock 语句块，并且可以顺利执行 new Singleton（），当第一个线程退出 lock 语句块时， singleton 这个静态变量已不为 null 了，所以当第二个线程进入 lock 时，还是会被第二重 singleton == null 挡在外面，而无法执行 new Singleton（），所以在没有第一重 singleton == null 的情况下，也是可以实现单例模式的？那么为什么需要第一重 singleton == null 呢？

这里就涉及一个性能问题了，因为对于单例模式的话，new Singleton（）只需要执行一次就 OK 了，而如果没有第一重 singleton == null 的话，每一次有线程进入 GetInstance（）时，均会执行锁定操作来实现线程同步，这是非常耗费性能的，而如果我加上第一重 singleton == null 的话，那么就只有在第一次，也就是 singleton ==null 成立时的情况下执行一次锁定以实现线程同步，而以后的话，便只要直接返回 Singleton 实例就 OK 了而根本无需再进入 lock 语句块了，这样就可以解决由线程同步带来的性能问题了。

好，关于多线程下单例模式的实现的介绍就到这里了，但是，关于单例模式的介绍还没完。                

下面将要介绍的是懒汉式单例和饿汉式单例

懒汉式单例

何为懒汉式单例呢，可以这样理解，懒汉式呢，就是这个单例类的这个唯一实例是在第一次使用 GetInstance（）时实例化的，如果您不调用 GetInstance（）的话，这个实例是不会存在的，即为 null 。形象点说呢，就是你不去动它的话，它自己是不会实例化的，所以可以称之为懒汉。其实呢，我前面在介绍单例模式的这几个 Demo 中都是使用的懒汉式单例，

看下面的 GetInstance（）方法就明白了：

public static Singleton GetInstance()
        {
            // 保证只在第一次调用时实例化一次
            if (singleton == null)
            {
                lock (syncObject)//锁定
                {
                    if (singleton == null)
                    {
                        singleton = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return singleton;
        }

从上面的这个 GetInstance（）中可以看出这个单例类的唯一实例是在第一次调用 GetInstance（）时实例化的，所以此为懒汉式单例。         

饿汉式单例

懒汉式单例由于人懒，所以其自己是不会主动实例化单例类的唯一实例的，而饿汉式的话，则刚好相反，其由于肚子饿了，所以到处找东西吃，人也变得主动了很多，所以根本就不需要别人来催他实例化单例类的为一实例，其自己就会主动实例化单例类的这个唯一类。在 C# 中，可以用特殊的方式实现饿汉式单例，即使用静态初始化来完成饿汉式单例模式

 

        public sealed class Singleton
        {
            private static readonly Singleton singleton = new Singleton();

            private Singleton() { }

            public static Singleton GetInstance() { return singleton; }
        }  

 

要先在这里提一下的是使用静态初始化的话，无需显示地编写线程安全代码，C# 与 CLR 会自动解决前面提到的懒汉式单例类时出现的多线程同步问题。上面的饿汉式单例类中可以看到，当整个类被加载的时候，就会自行初始化 singleton 这个静态只读变量。而非在第一次调用 GetInstance（）时再来实例化单例类的唯一实例，所以这就是一种饿汉式的单例类。

           

好，到这里，就真正的把单例模式介绍完了，在此呢再总结一下单例类需要注意的几点：

一、单例模式是用来实现在整个程序中只有一个实例的。

二、单例类的构造函数必须为私有，同时单例类必须提供一个全局访问点。

三、单例模式在多线程下的同步问题和性能问题的解决。

四、懒汉式和饿汉式单例类。

五、C# 中使用静态初始化实现饿汉式单例类。