创建型模式---单件模式(Singleton Pattern)
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创建一个实例?
这应该是类设计者的责任,而不是类使用者的责任。
结构图:
意图:
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。
------<<设计模式>>GOF
生活的例子:
适用性:
(1)当类只能有一个实例而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它时。
(2)当这个唯一实例应该是通过子类化可扩展的,并且客户应该无需更改代码就能使用一个扩展的实例时。
代码实现:
(1)单线程Singleton实现
以上代码在单线程情况下不会出现任何问题。但是在多线程的情况下却不是安全的。
如两个线程同时运行到 if (instance == null)判断是否被实例化,一个线程判断为True后,在进行创建
instance = new SingleThread_Singleton();之前,另一个线程也判断(instance == null),结果也为True.
这样就就违背了Singleton模式的原则(保证一个类仅有一个实例)。
怎样在多线程情况下实现Singleton?
(2)多线程Singleton实现:
请注意一个关键字volatile,如果去掉这个关键字,还是有可能发生线程不是安全的。
volatile 保证严格意义的多线程编译器在代码编译时对指令不进行微调。
释:volatile关键字是一种类型修饰符,用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改,比如:操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量,编译器对访问该变量的代码就不再进行优化,从而可以提供对特殊地址的稳定访问。使用该关键字的例子如下:
当要求使用volatile 声明的变量的值的时候,系统总是重新从它所在的内存读取数据,即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。
(3)静态Singleton实现
3 class Static_Singleton
4 {
5 public static readonly Static_Singleton instance = new Static_Singleton();
6 private Static_Singleton() { }
7 }
以上代码展开等同于
优点: 简洁,易懂
缺点: 不可以实现带参数实例的创建。
(注:以上代码及信息借鉴于李建忠老师的MSDN和TerryLee的文章。)
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创建一个实例?
这应该是类设计者的责任,而不是类使用者的责任。
结构图:
意图:
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。
------<<设计模式>>GOF
生活的例子:
适用性:
(1)当类只能有一个实例而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它时。
(2)当这个唯一实例应该是通过子类化可扩展的,并且客户应该无需更改代码就能使用一个扩展的实例时。
代码实现:
(1)单线程Singleton实现
class SingleThread_Singleton
{
private static SingleThread_Singleton instance = null;
private SingleThread_Singleton(){}
public static SingleThread_Singleton Instance
{
get
{
if (instance == null)
{
instance = new SingleThread_Singleton();
}
return instance;
}
}
}
{
private static SingleThread_Singleton instance = null;
private SingleThread_Singleton(){}
public static SingleThread_Singleton Instance
{
get
{
if (instance == null)
{
instance = new SingleThread_Singleton();
}
return instance;
}
}
}
以上代码在单线程情况下不会出现任何问题。但是在多线程的情况下却不是安全的。
如两个线程同时运行到 if (instance == null)判断是否被实例化,一个线程判断为True后,在进行创建
instance = new SingleThread_Singleton();之前,另一个线程也判断(instance == null),结果也为True.
这样就就违背了Singleton模式的原则(保证一个类仅有一个实例)。
怎样在多线程情况下实现Singleton?
(2)多线程Singleton实现:
1 class MultiThread_Singleton
2 {
3 private static volatile MultiThread_Singleton instance = null;
4 private static object lockHelper = new object();
5 private MultiThread_Singleton() { }
6 public static MultiThread_Singleton Instance
7 {
8 get
9 {
10 if (instance == null)
11 {
12 lock (lockHelper)
13 {
14 if (instance == null)
15 {
16 instance = new MultiThread_Singleton();
17 }
18 }
19 }
20 return instance;
21 }
22 }
23
此程序对多线程是安全的,使用了一个辅助对象lockHelper,保证只有一个线程创建实例(如果instance为空,保证只有一个线程instance = new MultiThread_Singleton();创建唯一的一个实例)。(Double Check)2 {
3 private static volatile MultiThread_Singleton instance = null;
4 private static object lockHelper = new object();
5 private MultiThread_Singleton() { }
6 public static MultiThread_Singleton Instance
7 {
8 get
9 {
10 if (instance == null)
11 {
12 lock (lockHelper)
13 {
14 if (instance == null)
15 {
16 instance = new MultiThread_Singleton();
17 }
18 }
19 }
20 return instance;
21 }
22 }
23
请注意一个关键字volatile,如果去掉这个关键字,还是有可能发生线程不是安全的。
volatile 保证严格意义的多线程编译器在代码编译时对指令不进行微调。
释:volatile关键字是一种类型修饰符,用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改,比如:操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量,编译器对访问该变量的代码就不再进行优化,从而可以提供对特殊地址的稳定访问。使用该关键字的例子如下:
int volatile nVint;
当要求使用volatile 声明的变量的值的时候,系统总是重新从它所在的内存读取数据,即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。
例如:
volatile int i=10;
int a = i;
//其他代码,并未明确告诉编译器,对i进行过操作int a = i;
int b = i;
volatile 指出 i是随时可能发生变化的,每次使用它的时候必须从i的地址中读取,因而编译器生成的汇编代码会重新从i的地址读取数据放在b中。而优化做法是,由于编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作,它会自动把上次读的数据放在b中。而不是重新从i里面读。这样以来,如果i是一个寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错,所以说volatile可以保证对特殊地址的稳定访问。(3)静态Singleton实现
3 class Static_Singleton
4 {
5 public static readonly Static_Singleton instance = new Static_Singleton();
6 private Static_Singleton() { }
7 }
以上代码展开等同于
1 class Static_Singleton
2 {
3 public static readonly Static_Singleton instance;
4 static Static_Singleton()
5 {
6 instance = new Static_Singleton();
7 }
8 private Static_Singleton() { }
9 }
由此可以看出,完全符合Singleton的原则。2 {
3 public static readonly Static_Singleton instance;
4 static Static_Singleton()
5 {
6 instance = new Static_Singleton();
7 }
8 private Static_Singleton() { }
9 }
优点: 简洁,易懂
缺点: 不可以实现带参数实例的创建。
(注:以上代码及信息借鉴于李建忠老师的MSDN和TerryLee的文章。)