设计模式学习第二天：设计模式总结——1单例模式
原文博主：http://blog.csdn.net/zhaoguiqun/article/details/6026763
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。
单例模式应用：
每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，避免两个打印作业同时输出到打印机。
一个具有自动编号主键的表可以有多个用户同时使用，但数据库中只能有一个地方分配下一个主键编号。否则会出现主键重复。
二、 Singleton模式的结构：
Singleton模式包含的角色只有一个，就是Singleton。Singleton拥有一个私有构造函数，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。
三、 在什么情形下使用单例模式：
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。反过来，如果一个类可以有几个实例共存，就不要使用单例模式。
注意：
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。
四、 C#中的Singleton模式
C#的独特语言特性决定了C#拥有实现Singleton模式的独特方法。这里不再赘述原因，给出几个结果：
方法一：
下面是利用.NET Framework平台优势实现Singleton模式的代码：
sealed class Singleton
{
private Singleton();
public static readonly Singleton Instance=new Singleton();
}
这使得代码减少了许多，同时也解决了线程问题带来的性能上损失。那么它又是怎样工作的呢？
注意到，Singleton类被声明为sealed，以此保证它自己不会被继承，其次没有了Instance的方法，将原来_instance成员变量变成public readonly，并在声明时被初始化。通过这些改变，我们确实得到了Singleton的模式，原因是在JIT的处理过程中，如果类中的static属性被任何方法使用时，.NET Framework将对这个属性进行初始化，于是在初始化Instance属性的同时Singleton类实例得以创建和装载。而私有的构造函数和readonly(只读)保证了Singleton不会被再次实例化，这正是Singleton设计模式的意图。
（摘自：http://www.cnblogs.com/huqingyu/archive/2004/07/09/22721.aspx ）
不过这也带来了一些问题，比如无法继承，实例在程序一运行就被初始化，无法实现延迟初始化等。
详细情况可以参考微软MSDN文章：《Exploring the Singleton Design Pattern》
方法二：
既然方法一存在问题，我们还有其它办法。
public sealed class Singleton
{
Singleton() { }
public static Singleton GetInstance()
{
return Nested.instance;
}
class Nested
{
// Explicit static constructor to tell C# compiler
// not to mark type as beforefieldinit
static Nested()
{
}
internal static readonly Singleton instance = new Singleton();
}
}
这实现了延迟初始化，并具有很多优势，当然也存在一些缺点。详细内容请访问：《Implementing the Singleton Pattern in C#》。文章包含五种Singleton实现，就模式、线程、效率、延迟初始化等很多方面进行了详细论述。
五、代码示例
实例1：
using System;
namespace Singleton
{
public class Singleton
{
private static Singleton instance;
protected Singleton()
{
}
public static Singleton Instance()
{
if (instance == null)
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
public class Client
{
public static void Main(string[] args)
{
Singleton singleton1 = Singleton.Instance();
Singleton singleton2 = Singleton.Instance();
if (singleton1 == singleton2)
{
Console.WriteLine("The same singleton.");
}
if (singleton1.Equals(singleton2))
Console.WriteLine("Point to the same memorySpace.");
Console.ReadLine();
}
}
}
实例2：
/*下面这段Singleton代码演示了负载均衡对象。在负载均衡模型中，有多台服务器可提供服务，
* 任务分配器随机挑选一台服务器提供服务，以确保任务均衡（实际情况比这个复杂的多）。
* 这里，任务分配实例只能有一个，负责挑选服务器并分配任务。
*/
using System;
using System.Collections;
using System.Threading;
namespace Singleton
{
public class LoadBalancer
{
private static LoadBalancer balancer;
private ArrayList servers = new ArrayList();
private Random random = new Random();
private LoadBalancer()
{
servers.Add("ServerI");
servers.Add("ServerII");
servers.Add("ServerIII");
servers.Add("ServerIV");
servers.Add("ServerV");
}
public static LoadBalancer GetLoadBalancer()
{
// Support multithreaded applications through
// "Double checked locking" pattern which avoids
// locking every time the method is invoked
if (balancer == null)
{
Mutex mutex = new Mutex();
mutex.WaitOne();
if (balancer == null)
balancer = new LoadBalancer();
mutex.Close();
}
return balancer;
}
public string Server
{
//Simple, but effective random load balancer
get
{
int num = random.Next(servers.Count);
return servers[num].ToString();
}
}
}
public class SingletonApp
{
public static void Main(string[] args)
{
LoadBalancer b1 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
LoadBalancer b2 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
LoadBalancer b3 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
LoadBalancer b4 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
//Same instance?
if ((b1 == b2) && (b2 == b3) && (b3 == b4) && (b4 == b1))
Console.WriteLine("Same Instance.");
// Do the load balancing
Console.WriteLine(b1.Server);
Console.WriteLine(b2.Server);
Console.WriteLine(b3.Server);
Console.WriteLine(b4.Server);
Console.ReadLine();
}
}
}
