设计模式之单件模式(Singleton)

      网上找到单件模式的C#实现方式，特记录下来，顺带加深记忆～～～
      对于它，有很多称呼：单件、单体、单例，都是在说它——Singleton，本文主要是用的单件。顾名思义，单，何为“单”，即唯一，仅有之意。
      单件模式的中心思想就是说程序中的某一个类，我们在实例化它的时候，想让所得到的实例有，且仅有一个，这个就是单件模式。GOF书中对其描述为：“保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点”。
      单件模式在开发中还是比较常见的一种设计模式，比如，在开发WinForm的时候，做某个程序需要实现类似于工具箱之类的功能，这里就可以用到单件模式。在使用Photoshop等软件的时候，我们点击“视图”——“工具箱”，就可以在主界面上显示出工具箱了，但是，如果还有一个按钮，也是控制工具箱的显示的话，这两个事件都是实现了对工具箱的显示，如果依次触发，岂不是会生成很多个工具箱出来，所以，这里应该判断一下该工具箱的类是否已经存在（即判断对象是否为null）或者暂时性的隐藏了（即判对象的IsDisposed否为为true），但是，这样又产生了一个问题，那就是，只要有能够触发显示工具箱的事件，就应该出现该if的判断，这样就是造成了大量的代码重复，还有可能导致内存大量的消耗，而且万一要是需求有什么变化，修改起来相当的不方便。此时此刻，用单件模式就最好不过了（思路就是让工具箱这个类成为唯一的）。
      我们知道，在一个类中，如果其构造函数是私有的，那么，这个类是不能通过关键字“new”来实例化的，所以，单件模式正是利用了这一点，并且还利用了静态变量在全局中是恒定不变的这一特性，来实现了单件模式，即：有，且仅有，一个实例！
      在.NET中，如Type对象、HttpContext.Current等都使用了单件模式。
      说了这么多文字性的东西，还是用代码来实现才是最好的说明。
      一、首先建立一个普通的类

 public class SampleSingleton
2 {
3 }

      二、将该类修改成以下样子（注意代码中的注释）

单件类
 1 public class SampleSingleton
 2 {
 3       // 创建一个静态本单件类型的私有变量
 4       // 该变量就是本类在程序中唯一的实例
 5       private static SampleSingleton _instance;
 6 
 7       // 私有的构造函数
 8       // 确保了外界不能通过“new”来实例化本类
 9       private SampleSingleton()
10       {
11       }
12 
13       // 向外界提供唯一的一个实例化本类的方法
14       // 也就是说，外界如果要获取本类的实例，只能通过此方法
15       public static SampleSingleton GetInstance()
16       {
17             // 如果实例不存在
18             if (_instance == null)
19             {
20                   // 则创建一个实例
21                   _instance = new SampleSingleton();
22             }
23 
24             // 最后，返回本类的实例
25             return _instance;
26       }
27 }

      简单的两步，就完成了单件类的创建。外界在调用的时候，只能通过“SampleSingleton.GetInstance()”来获取本类的实例，加之其又是静态的，所以就保证了本类的实例有且仅有一个。还可以通过类的内联初始化来实现单件模式，代码如下：

 public class SampleSingleton
2 {
3       private SampleSingleton()
4       {
5       }
6 
7       public static readonly SampleSingleton Instance = new SampleSingleton();
8 }

      通过内联创建的单件模式，在调用的时候，也是只能通过“SampleSingleton.Instance”来获取本的实例。差不多了，创建单件类的说明就到这里，在网上找一下，能够找到很多关于单件模式的示例，我这里就随便举一个例：用单件模式来实现一个计数的功能。
      首先，如上所示代码，建立一个计数的单件类，代码如下：

单件类计数器
 1 public class Counter
 2 {
 3       // 静态的私有计数器类实例
 4       private static Counter _counter = null;
 5 
 6       // 用于计数的私有变量
 7       private int _count = 0;
 8 
 9       // 私有计数器类构造函数
10       private Counter()
11       {
12             Console.WriteLine("开始计数");
13       }
14 
15       // 获取计数器实例的全局唯一方法
16       public static Counter GetInstance()
17       {
18             if (_counter == null)
19             {
20                   _counter = new Counter();
21             }
22 
23             return _counter;
24       }
25 
26       // 开始计数，并且显示出来
27       public void CountAndShow()
28       {
29             _count ++;
30             Console.WriteLine("单个对象被调用了{0}次", _count);
31       }
32 }

      然后，在外界调用该单件类，代码如下：

外界调用单件类方法
 1 public class TestSingleton
 2 {
 3       public static void Main(string[] args)
 4       {
 5             Console.WriteLine("计数器开始工作");
 6 
 7             for (int i = 0; i < 5; i++)
 8             {
 9                   Counter.GetInstance().CountAndShow();
10             }
11 
12             Console.ReadLine();
13       }
14 }

      但是，这又带来了另外的一个问题，那就是，如果是一个多线程的程序，多个线程同时访问上述的计数器类的“GetInstance()”方法，这样，就有可能会对计数器类创建多个实例，这时，就可以使用关键字“lock”来限制（在MSDN中，lock的定义是：lock是确保当一个线程位于代码的临界区时，另一个线程不进入临界区。如果其它的线程试图进入锁定的代码，则它将一直等待（即被阻止），直到该对象被释放。），但是在创建实例的时候，要进行“双检查”。
      所以，上述单件模式的代码可以修改为以下形式（MSDN）：

多线程下的Singleton
 1 public class SampleSingleton
 2 {
 3       private static SampleSingleton _instance;
 4       private static object _obj = new object();
 5 
 6       private SampleSingleton()
 7       {
 8       }
 9 
10       public static SampleSingleton Instance
11       {
12             get
13             {
14                   if (_instance == null)
15                   {
16                         lock (_obj)
17                         {
18                               if (_instance == null)
19                               {
20                                     _instance = new SampleSingleton();
21                               }
22                         }
23                   }
24 
25                   return _instance;
26             }
27       }
28 }

      好了，差不多就这么多了，综上所述，创建单件模式（Singleton）必须具备以下三个条件：
      1、私有构造函数（防止其他对象创建实例）。
      2、一个单件类型的私有变量。
      3、静态全局获取接口。
      还有就是在使用中，要注意的几个问题：
      1、该模式一般不要支持ICloneable接口，因为可能导致多个对象实例。
      2、该模式一般不要支持序列化，同样是因为可能导致多个对象实例。
      3、该模式一般不建议使用到多线程环境中，同样，还是因为可能导致多个对象实例，如果要使用，一定要注意双检查。
      4、该模式只考虑到了对象创建的管理，没有考虑对像的销毁管理。不过，就支持垃圾回收的平台和对象的开销来讲，一般没有必要对其销毁进行特殊的管理。