设计模式（六）—— 单例模式

模式简介

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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

简单来说，让类自己负责保存它的唯一实例(静态私有变量)，通过使用受保护的构造函数来保证没有其他实例可以被创建，并且提供一个访问该实例的公有方法(公有的静态方法)，这就是单例(Singleton)模式。

结构说明

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UML类图

角色说明

• Singleton

定义一个Instance方法，允许客户访问它的唯一实例

示例分析

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创建Singleton类

class Singleton
{
    //静态变量instance保存唯一实例
    private static Singleton instance;

    //私有化构造函数，保证唯一实例的受控访问
    private Singleton()
    {

    }

    //提供访问该实例的静态方法
    public static Singleton Instance()
    {
        if (instance == null)
        {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

客户端调用

static void Main(string[] args)
{
    Singleton s1 = Singleton.Instance();
    Singleton s2 = Singleton.Instance();
    Console.WriteLine(s1 == s2);
    Console.ReadLine();
}

输出结果

懒汉式单例类与饿汉式单例类

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对于多线程的程序，调用以上示例中的Instance方法可能创建多个实例。

懒汉式

为了解决线程安全的问题，我们可以通过给进程加锁来处理。

class LazySingleton
{
    private static LazySingleton instance;
    private static readonly object syncRoot = new object();
    private LazySingleton()
    {

    }

    public static LazySingleton Instance()
    {
        if (instance == null)
        {
            lock (syncRoot)
            {
                if (instance == null)
                {
                    instance = new LazySingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

这种在第一次引用时才会实例化的方式被称为懒汉式单例类。如同一个懒汉已经饿到不行了才去吃东西(需要使用实例时才去创建对象)。

饿汉式

class EagerSingleton
{
    private static EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
    private EagerSingleton()
    {

    }
    public EagerSingleton Instance()
    {
        return instance;
    }

}

这种使用静态初始化，在类被加载时就进行实例化的方式被称为饿汉式单例类。如同一个人被饿怕了，不管需不需要，先把吃的买好了存起来(不管是否会使用该实例，总是在类加载时就创建好实例)。

适用场景

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• 当类只能有一个实例而且客户可以从一个公共的访问点获取它时

• 当这个唯一实例应该是通过子类化可扩展时，并且客户应该无需修改代码就能使用一个扩展的实例时

优缺点

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优点

• 保证唯一实例的受控访问

• 节约系统资源。对于一些需要频繁创建和销毁的对象，单例模式无疑可以提高系统的性能

• 允许可变数目的实例。使用与单例控制相同的方法(if instance == null)指定对象实例的个数。

缺点

• 由于单例模式中没有抽象层，所以扩展起来难度较大

• 违反了单一职责原则。因为单例类既要提供公有的访问方法，又要提供该实例的业务方法

• 不合理地滥用单例模式可能会造成一些负面问题。如将数据库连接池对象设计成单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接溢出；另外如果实例化的对象长时间不被利用，可能出现状态丢失。