Singleton单例模式

学习笔记

《设计模式》中对单件模式的介绍：

使用单件模式的主要意图就是控制该类只能够创建一个实例，同时向客户程序提供一个访问它的全局访问点。

实际上，单件模式要做的就是通过控制类型实例的创建过程，确保客户程序使用的都是创建好的同一个实例。

C#代码描述：

public class Singleton
{
    static public Singleton instance ;   // 唯一实例
    protected Singleton () { }           //封闭客户程序的直接实例化

    public static Singleton Instance    //全局访问点
    {
        get
        {
            if ( instance == null)
                instance = new Singleton();
            return instance;
        }
    }
}

这段代码已满足经曲单件模式的设计要求，大多数情况下也可以很好地工作，但在多线程环境下，还存大很多缺陷。

在综合执行效率和线程同步的考虑后，采用一个Double Check的方式修正上面的代码如下：

C#增加Double Check后的Singleton

public class Singleton
{
    protected Singleton (){}
    static volatile Singleton instance = null ;
    //Lazy方式创建唯一实例的过程
    public static Singleton Instance()
    {
         if(instance == null )               //外层 if
             lock(typeof(Singleton))   //多线程中共享资源同步
                 if(instance == null )     // 内层if
                    instance = new Singleton();
         return instance;
    }
}

Double Check方式有以下几处改进：

外层if，避免客户程序每次执行时都要先lock住Singleton类型。每次都锁定Singleton类型会导致效率低下。
lock加内层if组成了一个相对线程安全的实例构造环境。
一旦唯一的实例被创建之后，后续发起的调用都无须经过lock部份，直接在外层if判断之后就可获得既有的唯一实例引用。
volatile关键字，表示字段可能被多个线程修改，声明为volatile的字段不受编辑器优化限制，确保该字段在任何时间都是最新的值，
也就是说在被lock之后，如果还没有真正完成new Singleton()，新加入的线程看到的instance都是null;

上面的Double Check方式，可以把构造过程放到静态构造函数中，但用C++来编写可能会产生多义性。用C#来写就能更加简洁。

引用MSND在线文章(Exploring the Singleton Design Pattern)方式：

sealed class Singleton
{
    Singleton() { }
    public static readonly Singleton Instance = new Singleton();
}

代码非常简洁精干，功能与Double Check方式相同，是多线程环境下C#实例单件模式的非常棒的方式。

它省去了Double Check方式中的laze构造过程。由于Instance是类的公共静态成员，因些它会在类第一次被用到的时候构造出来，这样就不用把它的构造语句显式地写在静态构造函数中。
这里实现构造函数被定义为私有的，所以客户程序能其子类从外部构造新的实例，只能通过公共静态成员Instance引用其唯一的实例，符合Singleton的设计意图。
通过编译后的IL代码来分析，IL代码中有一个beforefieldinit修饰符，它告诉CLR这里的静态成员(Instance)只有在静态构造函数执行后才生效，
因些即使有很多线程试图引用Instance，也需要等待静态构造函数执行并把静态成员Instance实例化之后才可以使用。
其次，IL里有一个initonly，表示Instance一旦创建，就不能被任何线程修改，也就不用Double Check了。

在实际项目中，有很多因素会打破我们费尽心思实现的Singleton，这些隐蔽很深、一旦发生破坏性又很大的隐患可能会导致全局业务流程出现混乱。下面是两个情景：

不要实现ICloneable接口或继承自其相关子类，否则客户程序可以跳过已经隐蔽起来的类构造函数。下面示例就导致非单一实例存在：

public class BaseEntity : System .ICloneable
{
    public object Clone()    //对当前实例进行克隆
    {
        return this .MemberwiseClone();
    }
}
public class Singleton : BaseEntity
{
    //...
}

严防序列化。序列化本身会导致Singleton特性的破坏，因为序列化事实上完成了Singleton对象的复制和重现，所以不能对期望具有Singleton特性的类型声明SerializableAttribute属性。

posted on 2014-08-03 17:07 wanjoun 阅读(327) 评论(0) 编辑收藏举报

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