C#设计模式之单例模式
最近经常会看一些设计模式上书籍，对设计模式有了一定的了解，特此做一下笔记，也给博友们提供一些帮助。
1.什么是单例模式？
网上有很多文章都有详情的描述，大致意思上可以理解为一个类只有一个实例，也就是保证一个类只有一种实例的实现方法，官方上是这样定义的：确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。
通俗易懂就是：每次去实例化一个对象都是同一个，指向的都是同一个内存地址。
2.为什么要使用单例模式，单例模式的好处在哪？
每一种设计模式都可以解决开发中遇到的一些问题，比如说提高性能，解耦合，可扩展，功能更加灵活等等。
现实中的应用场景： 我们日常使用的电脑上都有一个回收站，在整个操作系统中，回收站只能有一个实例，整个系统都使用这个唯一的实例，而且回收站自行提供自己的实例。因此回收站是单例模式的应用。日常开发中遇到与数据库建立连接，如果每次都是创建新对象去建立连接，速度回很慢，所以设计成单例模式，提高访问速度。
3.单例模式在C#中的具体实现。
确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。我们依照这个思路进行实现。
本次单例实现总共用了三种方式进行简单实现：
方式一：
/// <summary>
/// 单例模式的简单实现
/// </summary>
public class Singleton
{
/// <summary>
/// 创建全局静态变量
/// </summary>
private static Singleton _singleton = null;
/// <summary>
/// 私有化默认构造器，为什么要私有化默认构造器，如果不私有，那么可以通过new Singleton()进行实例化对象了，就达不到预想效果。
/// </summary>
private Singleton()
{
}
/// <summary>
/// 提供一个创建实例的方法
/// </summary>
/// <returns></returns>
public static Singleton CreatInstance()
{
//判断，如果对象没有创建，那么进行创建。有创建，不在重复创建
if (_singleton == null)
{
_singleton=new Singleton();
}
return _singleton;
}
}
测试结果如下：
看测试结果确实达到了我们预想的要求。单例的效果已经达到了，但是并不是很完美，当前只在单线程上是满足了，如果多线程下又是怎么样的呢？接下来就用一个简单的例子测试一下多线程的使用的情况下。代码实现如下：
//多线程模拟，十个线程同时访问
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
new Action(() =>
{
Thread.Sleep(1000);
Singleton singleton = Singleton.CreatInstance();
singleton.Show(); //在Singleton类里面添加一个无参的Show方法
}).BeginInvoke(null, null);
}
如上图发现，当十个线程同时访问时，创建了多个对象的实例，并没达到单例模式的效果。为什么会这样？原因是这样的，当第一个线程进入后，
//判断，如果对象没有创建，那么进行创建。有创建，不在重复创建
if (_singleton == null)
{
_singleton=new Singleton();
}
会去判断这个对象是否已经被实例化，因为程序执行速度是很快的，当第一个线程发现对象未实例化时，第一个线程开始对对象进行实例化，第一个线程还未实例化完成第二个线程就已经进来了，开始对对象进行判断，开始实例化。最终造成如上效果。
针对如上情况，怎么解决呢？有人就会想到，加把锁锁起来就行了。这种想法非常正确。我们看看加锁后实现的方式。
public class Singleton
{
/// <summary>
/// 创建全局静态变量
/// </summary>
private static Singleton _singleton = null;
private static object singleton_lock=new object();
/// <summary>
/// 私有化默认构造器
/// </summary>
private Singleton()
{
Console.WriteLine("创建了Singleton对象的实例");
}
/// <summary>
/// 提供一个创建实例的方法
/// </summary>
/// <returns></returns>
public static Singleton CreatInstance()
{
lock (singleton_lock)
{
//判断，如果对象没有创建，那么进行创建。有创建，不再重复创建
if (_singleton == null)
{
_singleton = new Singleton();
}
}
return _singleton;
}
public void Show()
{
Console.WriteLine($"执行Show方法:{this.GetType()}");
}
}
运行后如下图：
多线程同时访问的情况下的问题就已经解决了。当然还可以再次优化一下，为了看到效果，对代码进行如下改造
改造之后再次执行
如上图发现，每一个线程都进入lock里面，如果第一个线程进入lock实例化了对象，那么第二个就可以没有必要进入lock,我们可以在线程进入lock前进行判断，最终代码改造如下，
/// <summary>
/// 单例模式的简单实现
/// </summary>
public class Singleton
{
/// <summary>
/// 创建全局静态变量
/// </summary>
private static Singleton _singleton = null;
private static object singleton_lock=new object();
/// <summary>
/// 私有化默认构造器
/// </summary>
private Singleton()
{
Console.WriteLine("创建了Singleton对象的实例");
}
/// <summary>
/// 提供一个创建实例的方法
/// </summary>
/// <returns></returns>
public static Singleton CreatInstance()
{
if (_singleton == null)
{
lock (singleton_lock)
{
Console.WriteLine("开始进入lock...");
//判断，如果对象没有创建，那么进行创建。有创建，不在重复创建
if (_singleton == null)
{
_singleton = new Singleton();
}
}
}
return _singleton;
}
public void Show()
{
Console.WriteLine($"执行Show方法:{this.GetType()}");
}
}
执行效果如下
图中发现线程进入lock的次数少了，线程并发少可能作用不大，如果是并发量达到百万次甚至更多，那么效率会有明显提升。双if加lock是最标准的实现单例模式的写法。
接下来介绍两种比较简便的单例模式的实现，效果和上面的一样。
方式二、
public class SingletonSecond
{
private static SingletonSecond _singletonSecond = new SingletonSecond();
private SingletonSecond()
{
Console.WriteLine("创建了该对象的实例");
}
public static SingletonSecond CreatInstance()
{
return _singletonSecond;
}
public void Show()
{
Console.WriteLine($"执行Show方法:{this.GetType()}");
}
}
方式三、
public class SingletonThrird
{
private static SingletonThrird _singletonThrid = null;
private SingletonThrird()
{
Console.WriteLine("创建了该对象的实例");
}
static SingletonThrird()
{
_singletonThrid=new SingletonThrird();
}
public static SingletonThrird CreatInstance()
{
return _singletonThrid;
}
public void Show()
{
Console.WriteLine($"执行Show方法:{this.GetType()}");
}
}
以上就单例模式的实现方式。提供参考，职场小白欢迎指正！
