6 单例模式及其多线程问题
一、单例模式
单例模式可以保证一个类仅有一个实例,这个模式应该跟简单工厂一样常用了吧,但对我来说,以前都是瞎用,这是第一次深度学习单例模式。
最简单的单例模式代码是这样的:
class Singleton { private static Singleton _instance; private Singleton() { } public static Singleton GetInstance() { if (_instance == null) _instance = new Singleton(); return _instance; } }
核心思想是通过将构造函数设置成私有,并提供静态的公开方法来输出实例,这样就杜绝了外部多次实例化类的可能,在类内部保证了只产生一个实例。
二、多线程问题
上面的方法在多线程下会有漏洞,导致产生多个实例。比如三个线程同时执行到if (_instance == null)这一句,那么就会产生三个实例。这违背了我们的初衷。
在解决这个问题的方法上,有两种形式(lazy load和eager load)
1) lazy load
懒加载,在要用到类的实例的时候才实例化,前面的代码已经是lazy load模式了,但需要针对多线程做一些改进。在c#中,使用lock同步机制。如下:
class LazyLoadSingleton { private static LazyLoadSingleton _instance; private static readonly object syncRoot = new object(); private LazyLoadSingleton() { } public static LazyLoadSingleton GetInstance() { lock (syncRoot) { if (_instance == null) { _instance = new LazyLoadSingleton(); } } return _instance; } }
被lock包围的代码块成为了临界区,多个线程执行到lock语句的时候,将顺序执行。
这里有个细节需要注意,lock(synRoot),而不是_instance或this,因为_instance没实例的时候,这块会报错;this也无法在静态类使用,所以用了辅助对象synRoot。
然而,这种方法虽然解决了多个实例的问题,却带来了性能的瓶颈,因为每个行程到这儿都必须排队通过。那么继续改进,使用“双重检查加锁(double-checked locking)”:
public static LazyLoadSingleton GetInstance() { if (_instance == null) { lock (syncRoot) { if (_instance == null) { _instance = new LazyLoadSingleton(); } } } return _instance; }
只有在初次实例化的时候才进行锁定,之后都直接return _instance;
这样便完美了,不得不感叹前辈们的创造力与执着啊!
2) eager load
“急切地”加载,即在类被加载的时候就将自身实例化:
class EagerlyLoadSingleton { private static readonly EagerlyLoadSingleton _instance = new EagerlyLoadSingleton(); private EagerlyLoadSingleton() { } public static EagerlyLoadSingleton GetInstance() { return _instance; } public void Test() { Console.WriteLine("Test EagerlyLoadSingleton"); } }
_instance被标记为readonly。
具体为什么这样,后续需要仔细学学readonly。
三、lazy load与eager load比较
lazy load在第一次被引用(调用GetInstance)的时候才实例化,eager load则在类被加载的时候就实例化。lazy load由于需要手动控制多线程下的实例化同步,代码比eager load复杂。最终,具体选用哪种方式根据实际应用场景决定,比如内存占用、调用频率等。