C#设计模式：单件（例）模式 -- 类也玩计划生育

这里写的代码，相当于《Head First 设计模式》的读书笔记，原书是java的，自己在学习的过程中将其翻译为C#：

（一）剖析经典的单件模式实现

　　单件模式

　　-- 确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点

　　-- 单件模式的类图可以说是所有模式的类图中最简单的

　　-- 有一些对象其实我们只需一个，如线程池、缓存、对话框、处理偏好设置和注册表的对象、日志对象和充当打印机、显卡等设备的驱动程序的对象等。如果制造出多个实例，可能导致许多问题，如程序的行为异常、资源使用过度，或者结果不一致等

　　1.新建一个控制台应用程序：SingletonPatternDemo。

　　2.新建一个类：Singleton.cs

namespace SingletonPatternDemo
{
    public class Singleton
    {
        /// <summary>
        /// 利用一个静态变量来记录Singleton类的唯一实例
        /// </summary>
        private static Singleton _uniqueInstance;

        //这里是其它变量...

        /// <summary>
        /// 构造器私有化：只能在类内部才能调用构造器
        /// </summary>
        private Singleton() { }

        /// <summary>
        /// 只能通过该方法获取到对象实例
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public static Singleton GetInstance()
        {
            //【注意】如果我们不需要该实例，它就永远不会产生。这就是“延迟实例化”（lazy instantiaze）
            return _uniqueInstance ?? (_uniqueInstance = new Singleton());

            #region 上行相当于以下代码
            //if (_uniqueInstance == null)
            //{
            //    _uniqueInstance = new Singleton();
            //}

            //return _uniqueInstance;
            #endregion
        }

        //这里是其它方法...
    }
}

　　下面我们去掉注释看看

namespace SingletonPatternDemo
{
    public class Singleton
    {
        private static Singleton _uniqueInstance;

        private Singleton() { }

        public static Singleton GetInstance()
        {
            return _uniqueInstance ?? (_uniqueInstance = new Singleton());
        }
    }
}

　　哇塞，这么简单啊！如果你也这么认为的话，那就错啦......接下来，我们看下第（二）部分

（二）场景应用

　　巧克力工厂

　　现代化的巧克力工厂具备计算机控制的巧克力锅炉，锅炉做的事，就是把巧克力和牛奶融在一起，然后送到下一个阶段，以制造成巧克力棒。

　　这里有一个Choc-O-Holic公司的工业强度巧克力锅炉控制器，用于控制锅炉的日常运作，比如：锅炉内为空时才可以加入原料、锅炉内存在原料并且尚未煮沸时才能够进行煮沸，还有排出牛奶和巧克力的混合物时要求炉内存在已经煮沸的原料等。

　　下列是巧克力锅炉控制器的代码：

namespace SingletonPatternDemo
{
    /// <summary>
    /// 巧克力锅炉
    /// </summary>
    public class ChocolateBoiler
    {
        private bool Empty { get; set; }
        private bool Boiled { get; set; }

        //代码开始时，锅炉为空，未燃烧
        public ChocolateBoiler()
        {
            Empty = true;
            Boiled = false;
        }

        /// <summary>
        /// 填充
        /// </summary>
        public void Fill()
        {
            //在锅炉内填入原料时，锅炉必须为空;
            //填入原料后就把两个属性标识好
            if (Empty)
            {                
                //在锅炉内填满巧克力和牛奶的混合物...

                Empty = false;
                Boiled = false;
            }
        }

        /// <summary>
        /// 排出
        /// </summary>
        public void Drain()
        {
            //锅炉排出时，必须是满的，并且是煮过的；
            //排出完毕后将Empty标志为true。
            if (!Empty && Boiled)
            {
                //排出煮沸的巧克力和牛奶...

                Empty = true;
            }
        }

        /// <summary>
        /// 煮沸
        /// </summary>
        public void Boil()
        {
            //煮混合物时，锅炉必须是满的，并且是没有煮过的；
            //煮沸后，就把Boiled标识为true。
            if (!Empty && !Boiled)
            {
                //将炉内物煮沸...

                Boiled = true;
            }
        }
    }
}

试试根据（一）中所学的内容将它修改成单例模式

namespace SingletonPatternDemo
{
    /// <summary>
    /// 巧克力锅炉
    /// </summary>
    public class ChocolateBoiler
    {
        private static ChocolateBoiler _uniqueInstance; //【新增】一个静态变量

        private bool Empty { get; set; }
        private bool Boiled { get; set; }

        //代码开始时，锅炉为空，未燃烧
        private ChocolateBoiler()   //【修改】原来是public
        {
            Empty = true;
            Boiled = false;
        }

        /// <summary>
        /// 获取ChocolateBoiler对象实例
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public static ChocolateBoiler GetInstance() //【新增】一个静态方法
        {
            return _uniqueInstance ?? (_uniqueInstance = new ChocolateBoiler());
        }

        /// <summary>
        /// 填充
        /// </summary>
        public void Fill()
        {
            //在锅炉内填入原料时，锅炉必须为空;
            //填入原料后就把两个属性标识好
            if (Empty)
            {                
                //在锅炉内填满巧克力和牛奶的混合物...

                Empty = false;
                Boiled = false;
            }
        }

        /// <summary>
        /// 排出
        /// </summary>
        public void Drain()
        {
            //锅炉排出时，必须是满的，并且是煮过的；
            //排出完毕后将Empty标志为true。
            if (!Empty && Boiled)
            {
                //排出煮沸的巧克力和牛奶...

                Empty = true;
            }
        }

        /// <summary>
        /// 煮沸
        /// </summary>
        public void Boil()
        {
            //煮混合物时，锅炉必须是满的，并且是没有煮过的；
            //煮沸后，就把Boiled标识为true。
            if (!Empty && !Boiled)
            {
                //将炉内物煮沸...

                Boiled = true;
            }
        }
    }
}

【问题】万一同时存在多个ChocolateBoiler（巧克力锅炉），可能将发生很多糟糕的事情！... 敬请收看第（三）部分

（三）处理多线程

　　现在，只要使用lock，就可以很简单地解决（二）中出现的问题了

namespace SingletonPatternDemo
{
    public class Singleton
    {
        /// <summary>
        /// 利用一个静态变量来记录Singleton类的唯一实例
        /// </summary>
        private static Singleton _uniqueInstance;

        private static readonly object Locker = new object();

        //这里是其它变量...

        /// <summary>
        /// 构造器私有化：只能在类内部才能调用构造器
        /// </summary>
        private Singleton() { }

        /// <summary>
        /// 只能通过该方法获取到对象实例
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public static Singleton GetInstance()
        {
            //lock：迫使每个线程在进入该方法之前，需要等候别的线程离开该方法，
            //  也就是说，不会有两个线程可以同时进入该方法
            lock (Locker)
            {
                if (_uniqueInstance == null)
                {
                    //【注意】如果我们不需要该实例，它就永远不会产生。这就是“延迟实例化”（lazy instantiaze）
                    _uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }
            

            return _uniqueInstance;

        }

        //这里是其它方法...
    }
}

　　但是，现在又出现了性能的问题！...

　　方案一：使用“急切”创建实例，而不用延迟实例化的做法

namespace SingletonPatternDemo
{
    public class Singleton
    {        
        //如果应用程序总是创建并使用单件实例，或者在创建和运行时方面的负担不太繁重，可以选择这种方法

        //在静态初始化器中创建单件，这段代码保证了线程安全
        private static readonly Singleton UniqueInstance = new Singleton();

        private Singleton() { }

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

　　方案二：用“双重检查加锁”

namespace SingletonPatternDemo
{
    public class Singleton
    {
        private static Singleton _uniqueInstance;
        private static readonly object Locker = new object();

        private Singleton() { }

        public static Singleton GetInstance()
        {
            //检查实例，如果不存在，就进入同步区块
            if (_uniqueInstance == null)
            {
                lock (Locker)
                {
                    if (_uniqueInstance == null)
                    {
                        //只有第一次才彻底执行这里的代码
                        _uniqueInstance = new Singleton();
                    }
                }
            }                     

            return _uniqueInstance;
        }

    }
}

　　完毕... ...