C#设计模式--单例模式

单例模式（也叫单件模式）的作用就是保证在整个应用程序的生命周期中，任何一个时刻，单例类的实例都只存在一个（当然也可以不存在）。

下面来看单例模式的结构图：

从上面的类图中可以看出单例模式的特点：

1. 在单例类中有一个构造函数 Singleton ，但是这个构造函数却是私有的
2. 公开了一个 GetInstance（）方法

通过上面的类图不难看出单例模式的特点，从而也可以给出单例模式的定义：

单例模式保证一个类仅有一个实例，同时这个类还必须提供一个访问该类的全局访问点。

1.最基本的单例：

namespace Singleton 
{ 
    public class Singleton 
    { 
        //定义一个私有的静态全局变量来保存该类的唯一实例 
        private static Singleton singleton;

        /// <summary> 
        /// 构造函数必须是私有的 
        /// 这样在外部便无法使用 new 来创建该类的实例 
        /// </summary> 
        private Singleton() 
        { 
        }

       /// <summary> 
        /// 定义一个全局访问点 
        /// 设置为静态方法 
        /// 则在类的外部便无需实例化就可以调用该方法 
        /// </summary> 
        /// <returns></returns> 
        public static Singleton GetInstance() 
        { 
            //这里可以保证只实例化一次 
            //即在第一次调用时实例化 
            //以后调用便不会再实例化 
            if (singleton == null) 
            { 
                singleton = new Singleton(); 
            } 
            return singleton; 
        } 
    } 
}

2.线程安全单例

namespace Singleton 
{ 
    public class Singleton 
    { 
        //定义一个私有的静态全局变量来保存该类的唯一实例 
        private static Singleton singleton;

        //定义一个只读静态对象 
        //且这个对象是在程序运行时创建的 
        private static readonly object syncObject = new object();

        /// <summary> 
        /// 构造函数必须是私有的 
        /// 这样在外部便无法使用 new 来创建该类的实例 
        /// </summary> 
       private Singleton() 
       {

       }

        /// <summary> 
        /// 定义一个全局访问点 
        /// 设置为静态方法 
        /// 则在类的外部便无需实例化就可以调用该方法 
        /// </summary> 
        /// <returns></returns> 
        public static Singleton GetInstance() 
        { 
            //这里可以保证只实例化一次 
            //即在第一次调用时实例化 
            //以后调用便不会再实例化 

            //第一重 singleton == null 
            if (singleton == null) 
            { 
                lock (syncObject) 
                {
                    //第二重 singleton == null
                    if (singleton == null) 
                    { 
                        singleton = new Singleton(); 
                    } 
                } 
            } 
            return singleton; 
        } 
    } 
}

• 为何要使用双重检查锁定呢？

考虑这样一种情况，就是有两个线程同时到达，即同时调用 GetInstance（），

此时由于 singleton == null ，所以很明显，两个线程都可以通过第一重的 singleton == null ，

进入第一重 if 语句后，由于存在锁机制，所以会有一个线程进入 lock 语句并进入第二重 singleton == null ，

而另外的一个线程则会在 lock 语句的外面等待。

而当第一个线程执行完 new  Singleton（）语句后，便会退出锁定区域，此时，第二个线程便可以进入 lock 语句块，

此时，如果没有第二重 singleton == null 的话，那么第二个线程还是可以调用 new  Singleton（）语句，

这样第二个线程也会创建一个 Singleton 实例，这样也还是违背了单例模式的初衷的，

所以这里必须要使用双重检查锁定。

 

• 其实在没有第一重 singleton == null 的情况下，也是可以实现单例模式的，那么为什么需要第一重 singleton == null 呢？

这里就涉及一个性能问题了，因为对于单例模式的话，new Singleton（）只需要执行一次就 OK 了，

而如果没有第一重 singleton == null 的话，每一次有线程进入 GetInstance（）时，均会执行锁定操作来实现线程同步，

这是非常耗费性能的，而如果我加上第一重 singleton == null 的话，

那么就只有在第一次，也就是 singleton ==null 成立时的情况下执行一次锁定以实现线程同步，

而以后的话，便只要直接返回 Singleton 实例就 OK 了而根本无需再进入 lock 语句块了，这样就可以解决由线程同步带来的性能问题了。

好，关于多线程下单例模式的实现的介绍就到这里了，但是，关于单例模式的介绍还没完。

下面将要介绍的是懒汉式单例和饿汉式单例

1.懒汉式单例

何为懒汉式单例呢，可以这样理解，单例模式呢，其在整个应用程序的生命周期中只存在一个实例，

懒汉式呢，就是这个单例类的这个唯一实例是在第一次使用 GetInstance（）时实例化的，

如果您不调用 GetInstance（）的话，这个实例是不会存在的，即为 null

形象点说呢，就是你不去动它的话，它自己是不会实例化的，所以可以称之为懒汉。

其实呢，我前面在介绍单例模式的这几个 Demo 中都是使用的懒汉式单例，

从前面的这个 GetInstance（）中可以看出这个单例类的唯一实例是在第一次调用 GetInstance（）时实例化的，

所以此为懒汉式单例。     

2.饿汉式单例

上面介绍了饿汉式单例，到这里来理解懒汉式单例的话，就容易多了，懒汉式单例由于人懒，

所以其自己是不会主动实例化单例类的唯一实例的，而饿汉式的话，则刚好相反，

其由于肚子饿了，所以到处找东西吃，人也变得主动了很多，所以根本就不需要别人来催他实例化单例类的为一实例，

其自己就会主动实例化单例类的这个唯一类。

在 C# 中，可以用特殊的方式实现饿汉式单例，即使用静态初始化来完成饿汉式单例模式

下面就来看一看饿汉式单例类

namespace Singleton 
{ 
    public sealed class Singleton 
    { 
        private static readonly Singleton singleton = new Singleton();


        private Singleton() 
        { 
        }


        public static Singleton GetInstance() 
        { 
            return singleton; 
        } 
    } 
}

要先在这里提一下的是使用静态初始化的话，无需显示地编写线程安全代码，

C# 与 CLR 会自动解决前面提到的懒汉式单例类时出现的多线程同步问题。

上面的饿汉式单例类中可以看到，当整个类被加载的时候，就会自行初始化 singleton 这个静态只读变量。

而非在第一次调用 GetInstance（）时再来实例化单例类的唯一实例，所以这就是一种饿汉式的单例类。

好，到这里，就真正的把单例模式介绍完了，在此呢再总结一下单例类需要注意的几点：

一、单例模式是用来实现在整个程序中只有一个实例的。

二、单例类的构造函数必须为私有，同时单例类必须提供一个全局访问点。

三、单例模式在多线程下的同步问题和性能问题的解决。

四、懒汉式和饿汉式单例类。

五、C# 中使用静态初始化实现饿汉式单例类。