C#面向对象设计模式纵横谈 笔记2 Singleton单件（创建型模式）

模式分类 

从目的来看： 

     –  创建型（Creational）模式：负责对象创建。 

     –  结构型（Structural）模式：处理类与对象间的组合。 

     –  行为型（Behavioral）模式：类与对象交互中的职责分配。

从范围来看： 

     –  类模式处理类与子类的静态关系（编译时确定，这种分类更加利于模式的系统学习）。 

     –  对象模式处理对象间的动态关系（运行时确定，了解）。 

动机（Motivation） 

　　在软件系统中，经常有这样一些特殊的类，必须保证它们在系统中只存在一个实例，才能确保它们的逻辑正确性、以及良好的效率。 

　　如何绕过常规的构造器，提供一种机制来保证一个类只有一个实例？(这是基本动机)

　　这应该是类设计者的责任，而不是使用者的责任。 

 

意图（Intent） 

保证一个类仅有一个实例，并提供一个该实例的全局访问点。 　　　　 ——  《设计模式》GoF

结构（Structure） 

 

单线程Singleton 模式实现（在多线程下不适用） 

public class Singleton
{
　　private static Singleton instance;

　　/// <summary>
　　/// 私有的构造函数
　　/// </summary>
　　private Singleton()
　　{ }
　　public static Singleton Instance
　　{
　　get
　　{
　　   if (instance == null)
　　   {
　      　instance = new Singleton();
　　   }
　　   return instance;
　　   }
　　 }
   }
}

　　

如果需要参数初始化，可以这样改：

public class Singleton
{
　　private static Singleton instance;
　　private int x;
　　private int y;

　　/// <summary>
　　/// 私有的构造函数
　　/// </summary>
　　private Singleton(int x, int y)
　　{
　　　　this.x = x;
　　　　this.y = y;
　　}

　　public static Singleton GetInstance(int x, int y)
　　{
　　　　if (instance == null)
　　　　{
　　　　　　instance = new Singleton(x, y);
　　　　}
　　　　else
　　　　{
　　　　　　instance.x = x;
　　　　　　instance.y = y; 
　　　　}
　　　　return instance;
　　}
}

单线程Singleton模式的几个要点 

1）Singleton模式中的实例构造器可以设置为protected以允许子类派生。 

2）Singleton模式一般不要支持ICloneable接口，因为这可能会导致多个对象实例，与Singleton模式的初衷违背。

3）Singleton模式一般不要支持序列化，因为这也有可能导致多个对象实例，同样与Singleton模式的初衷违背。

4）Singletom模式只考虑到了对象创建的管理，没有考虑对象销毁的管理。就支持垃圾回收的平台和对象的开销来讲，我们一般没有必要对其销毁进行特殊的管理。

5）不能应对多线程环境：在多线程环境下，使用Singleton模式仍然有可能得到Singleton类的多个实例对象。 

 

多线程Singleton 模式实现 

public class Singleton
{

　　/// <summary>
　　/// 唯一的字段 一般编译器编译代码的时候会对代码的顺序做出调整，volatile保
　　/// 证避了不再调整指令。严格意义上保证了不产生多个实例。
　　/// </summary>
　　private static volatile Singleton instance = null;

　　/// <summary>
　　/// 辅助器
　　/// </summary>
　　private static Object lockHelper = new object();

　　/// <summary>
　　/// 私有的构造函数
　　/// </summary>
　　private Singleton()
　　{ }

　　public static Singleton Instance
　　{
　　　　get
　　　　{
　　　　　　//双检查
　　　　　　if (instance == null)
　　　　　　{
　　　　　　　　lock (lockHelper)//加锁
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　if (instance == null)
　　　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　　　instance = new Singleton();
　　　　　　　　　　}
　　　　　　}
　　　　}
　　　　return instance;
　　}
　　}
}

实现多线程Singleton 模式(不能构造时进行参数初始化)

class Singleton
{
　　/// <summary>
　　/// 内联初始化。在静态字段被访问之前被静态构造器初始化，
　　/// 这是由类型初始化机制保证的。
　　/// </summary>
　　private static readonly Singleton Instance = new Singleton();
 
　　/// <summary>
　　/// 私有的构造函数
　　/// </summary>
　　private Singleton()
　　{ }
}

/// <summary>
/// 注：这是上面代码的分解，真正的实例化自动放在了静态构造器实现
/// </summary>
class Singleton
{
　　private static readonly Singleton Instance;
　　private Singleton() { }

　　/// <summary>
　　/// 为什么可以保证多线程访问：
　　/// .Net的类型初始化机制就保证了静态构造器是单线程访问的，
　　/// 不需要再双锁检查。但是，不支持参数化的初始化。
　　/// </summary>

　　static Singleton()
　　{
　　　　Instance = new Singleton();
　　}
}

Singleton模式扩展

1）将一个实例扩展到n个实例，例如对象池的实现。 

2）将new 构造器的调用转移到其他类中，例如多个类协同工作环境中，某个局部环境只需要拥有某个类的一个实例。

3）理解和扩展Singleton模式的核心是“如何控制用户使用new对一个类的实例构造器的任意调用”。

 

.NET框架中的Singleton应用 

1）GetType() :系统保证了每个类型只有一个全局唯一的Type对象。

MyClass c1 = new MyClass();

MyClass c2 = new MyClass();

Type t1 = c1.GetType();

Type t2 = c2.GetType();

2）HttpContext.Current属性:也是全局唯一的。

3）Remmoting里面的对象的调用方式等。

 

推荐参考书

1）《设计模式：可复用面向对象软件的基础》GoF

2) 《面向对象分析与设计》Grady Booch

3) 《敏捷软件开发：原则、模式与实践》Robert C. Martin

4）《重构：改善既有代码的设计》Martin Fowler

5）《Refactoring to Patterns》Joshua Kerievsky