第一式、单例模式-Singleton模式（创建型）

一、简介

单例模式主要用的作用是用于保证程序运行中某个类只有一个实例，并提供一个全局入口点。单例模式（Singleton）为GOF阐述的标准24种设计模式中最简单的一个。但随着时间推移，GOF所阐述的单例实现已不能完全满足实际应用。

"ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it"

二、动机（应用场景）

几乎在每个应用程序中，都需要有一个从中进行全局访问和维护某种类型数据的区域。 在面向对象的 (OO) 系统中也有这种情况，在此类系统中，在任何给定时间只应运行一个类或某个类的一组预定义数量的实例。

1、当使用某个类来维护增量计数器时，此简单的计数器类需要跟踪在多个应用程序领域中使用的整数值。 此类需要能够增加该计数器并返回当前的值。 对于这种情况，所需的类行为应该仅使用一个类实例来维护该整数，而不是使用其它类实例来维护该整数。
2、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。
3、PC机中可能有几个串口，但只能有一个COM1口的实例。
4、系统中只能有一个窗口管理器。
5.NET Remoting中服务器激活对象中的Sigleton对象，确保所有的客户程序的请求都只有一个实例来处理。
6.应用程序的日志应用，一般都何用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加。

三、C#实现

1、单线程实现

/**
*单例模式的单线程实现。无法保证单线程模式下只产出唯一的一个实例。
*/
Class Singleton 
{
	private static Singleton Instance;
	//将构造函数定义为private防止该类在外部被实例化
	//如需有将此类定义可继承的，则可将private更改为protected
	private Singleton(){}
	
	public static Singleton GetInstance()
	{
		//当处于多线程环境时，可能存在多个线程在由于代码执行的顺序导致
		//多个线程生成多个实例，而违背该模式的初衷
		if(Instance==null)
		{
			Instance=new Singleton();
		}
		return Instance;
	}	
}

可以说是一个标准的单例的代码。

优点：

• 由于实例是在 Instance 属性方法内部创建的，因此类可以使用附加功能（例如，对子类进行实例化），即使它可能引入不想要的依赖性。

• 直到对象要求产生一个实例才执行实例化；这种方法称为"懒实例化"。懒实例化避免了在应用程序启动时实例化不必要的 singleton。

缺点：

      多线程环境下它是不安全的。如果执行过程的不同线程同时进入 Instance 属性方法，那么可能会创建多个 Singleton 对象实例。每个线程都会执行下列语句，并决定必须创建新的实例。

2、多线程实现

class Singleton 
{
   //volatile关键字。 这应该告诉编译器不要对代码重新排序，并且放弃优化。确保只有在实例变量分配完成后才能访问实例变量。
   //防止由于编译器优化导致代码控制失效.
   private static volatile Singleton instance;
   //使用 syncRoot 实例来进行锁定（而不是锁定类型本身），以避免发生死锁。
   private static object syncRoot = new Object();
   private Singleton() {}
   public static Singleton Instance
   {
      get 
      {
        //双重检验锁定- Double-Check Locking
        // double-check locking 方法解决了线程并发问题，同时避免在每个 Instance 属性方法的调用中都出现独占锁定。
         if (instance == null) 
         {
            lock (syncRoot) 
            {
               if (instance == null) 
                  instance = new Singleton();
            }
         }
         return instance;
      }
   }
}

 

优点：由于实例的产生由自己控制，可以对非默认构造函数进行扩展、传参等操作。

缺点：实现相对复杂

3、C#简洁版

由于 C# 与公共语言运行库也提供了一种"静态初始化"方法，这种方法不需要开发人员显式地编写线程安全代码，即可解决多线程创建等问题。

 

public sealed class Singleton 
{ 
   //变量标记为 readonly，这意味着只能在静态初始化期间（此处显示的示例）或在类构造函数中分配变量。
   private static readonly Singleton instance = new Singleton(); 
   private Singleton(){} 
   public static Singleton Instance 
   { 
      get  
      { 
         return instance;  
      } 
   } 
} 

更简洁的方式：

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

 

因为静态构造函数是属于类的，而不属于任何一个实例，所以这个构造函数只会被执行一次，而且是在创建此类的第一个实例或引用任何静态成员之前，由.NET自动调用。

1、由于静态构造函数由.NET调用，所以不需要public和private等访问修饰符。

2、在创建第一个类实例或任何静态成员被引用时，.NET将自动调用静态构造函数来初始化类。（我们无法调用，也不知道它何时被调用）

3、静态构造函数属于类，构造函数属于实例，他们并不冲突。静态构造函数只会运行一次。

 

缺点：由于在此解决方案中由 .NET Framework 负责执行初始化，无法在实例化之前使用非默认的构造函数或执行其他任务。在大多数情况下，静态初始化是在.NET 中实现 Singleton 的首选方法。

四、总结

单线程版、多线程版、简洁版有各自的应用，没有那种实现是最好的。

总结上述三种实现方法，以是否需要在创建单例实例时传参或执行其他任务分两类。即：

1、不需要执行其他任务

使用简洁版即可以保障在单线程、多线程都能安全使用的同时，代码量较少。

2、需要

一般情况下，均为单线程版。则使用单线程创建。若程序有多线程应用则应用使用双重检测的多线程实现。

 

 

参考文档：

http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ff650316.aspx

http://terrylee.cnblogs.com/archive/2005/12/09/293509.html