软件设计模式之单例模式
单例模式的概念:
单例模式保证一个类只有一个实例,并且提供一个访问它的全局访问点;
单例模式存在的意义:
单例模式用于当我们系统中的某个对象只需要一个实例的情况;例如PC远程桌面只能有一个人进行操作一个用户;
实现思路:
(1)、需要确保一个类只有一个实例
创建公有类、私有构造函数实现;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | public class Singleton { //私有变量来记录Singleton的唯一实例 private static Singleton singleton; //私有构造函数 private Singleton() { } } |
(2)、提供一个访问他的全局访问点
(2.1)、加锁
(2.2)、双重锁定
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 | //定义共有方法来提供该类的唯一全局访问点 public static Singleton GetInstance() { /*当第一个线程运行到这里时,此时会对locker对象“加锁” * 当第二个线程运行该方法时,首先检测到locker对象为“加锁状态”,该线程就会挂 起等待第一个线程解锁 * lock语句运行完之后(即线程运行完之后)会对该对象解锁 * 双重锁定只需要一句判断就可以 * **/ if (singleton == null ) { lock (locker) { //判断该实例是否存在,不存在则new一个新实例,否则返回已有实例 if (singleton == null ) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } |
总结:
公有类、私有构造函数、全局访问点(判断、加锁、判断)
完整源码:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 | public class Singleton { //私有变量来记录Singleton的唯一实例 private static Singleton singleton; //定义一个标识确保线程同步 private static readonly object locker = new object (); //私有构造函数 private Singleton() { }<br><br> public static Singleton GetInstance() { /*当第一个线程运行到这里时,此时会对locker对象“加锁” * 当第二个线程运行该方法时,首先检测到locker对象为“加锁状态”,该线程就会挂起等待第一个线程解锁 * lock语句运行完之后(即线程运行完之后)会对该对象解锁 * 双重锁定只需要一句判断就可以 * **/ if (singleton == null ) { lock (locker) { //判断该实例是否存在,不存在则new一个新实例,否则返回已有实例 if (singleton == null ) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } } |
/// <summary>
/// 定义共有方法来提供该类的唯一全局访问点
/// </summary>
/// <returns>实例化对象</returns>
测试:
OK,实现已经结束了,现在来测试下单例模式的效果;
首先在单例模式类中定义一个测试用的字符串
1 2 3 4 | //测试单例模式效果 private string strTest; public string StrTest { get => strTest; set => strTest = value; } |
然后设计测试代码:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | static void Main( string [] args) { Singleton singleton = Singleton.GetInstance(); singleton.StrTest = "test" ; Console.WriteLine(singleton.StrTest); TestSingleton(); } private static void TestSingleton() { Singleton singleton = Singleton.GetInstance(); Console.WriteLine(singleton.StrTest); } |
按照非单例模式上列代码执行结果应该是先显示test,然后显示空串
测试代码:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | static void Main( string [] args) { Test test = new Test(); test.StrTest = "test" ; Console.WriteLine(test.StrTest);<br> TestSingleton(); } private static void TestSingleton() { Test test = new Test(); Console.WriteLine(test.StrTest); } |
测试结果:
运行单例模式测试代码测试结果如下:
根据上面测试的结果可以知道,无论是重新多少次调用入口,它永远只会让你访问那一个实例!
其他写法:
饿汉模式:
1 2 3 4 5 | public class DeviceSearchReply //公开类 { public readonly static DeviceSearchReply Instance = new DeviceSearchReply(); //对外开放静态唯一实例化方式 private DeviceSearchReply() { } //私有构造函数 } |
优点:代码简约,无需自己考虑线程安全性问题,CLR会帮忙处理,
使用.NET4的Lazy类型实现的单例模式:
上面第一种单例模式的缺点:
1、第一种单例模式它在JAVA中是不起作用的,通常来说C#程序员也很有可能同时是名JAVA程序员。
JAVA内存模型不能保证构造函数在对新对象的引用分配给Instance之前完成,在没有volatile变量的情况下,双重检查锁定依然会被破坏。
2、在没有任何内存障碍的情况下,ECMA CLI规范也打破了这一限制。有可能在.NET 2.0内存模型(比ECMA规范更强)下它是安全的,但我宁愿不依赖那些更强大的语义,特别是如果对安全性有任何疑问的话。使instance
变量volatile变得有效,就像明确的内存屏障调用一样,尽管在后一种情况下,甚至专家也无法准确地就需要哪些屏障达成一致。我尽量避免专家对对错意见也不一致的情况!
3、很容易出错。该模式需要完全如上所述——任何重大变化都可能影响性能或正确性。
4、性能较差。
饿汉模式缺点:
1、它并不像其他实现那样懒惰。特别是,如果您有Instance
之外的静态成员,那么对这些成员的第一次引用将涉及到创建实例。
2、如果一个静态构造函数调用另一个静态构造函数,而另一个静态构造函数再次调用第一个构造函数,则会出现复杂情况。查看.NET规范(目前是分区II的第9.5.3节),了解有关类型初始化器的确切性质的更多详细信息——它们不太可能会影响您,但是有必要了解静态构造函数在循环中相互引用的后果。
3、类型初始化器的懒惰性只有在.NET没有使用名为BeforeFieldInit
的特殊标志标记类型时才能得到保证。不幸的是,C#编译器(至少在.NET 1.1运行时中提供)将所有没有静态构造函数的类型(即看起来像构造函数但被标记为静态的块)标记为BeforeFieldInit
。另请注意,它会影响性能。
1 | <br><br><br><strong>Lazy类型实现的单例模式暂时不知道它有啥缺点</strong> |
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