• 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;

        

       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

            //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:

       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()
            {
            }

          /// <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>

            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;
            }
        } 

    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

            //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:

            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:

            static void Main(string[] args)
            {
                Test test = new Test();
                test.StrTest = "test";
                Console.WriteLine(test.StrTest);
           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:

    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。




    Lazy类型实现的单例模式暂时不知道它有啥缺点
        /// <summary>
        /// 使用.NET 4的 Lazy 类型实现的单例模式
        /// </summary>
        public sealed class BaseConfiguration//公开的类及sealed标识;sealed:阻止其他类继承此类
        {
            private BaseConfiguration(){ }//私有的构造函数,不允许直接实例化
    
            /* Lazy:延迟初始化
             * 属性:
             * IsValueCreated:获取一个值,该值表示是否为该 Lazy<T> 实例创建了值
             * value:获取当前 Lazy<T> 实例的延迟初始化值。
             * 
             * 描述:
             * 默认情况下,类的所有公共和受保护成员 Lazy<T> 都是线程安全的,可从多个线程并发使用。 
             * 使用类型的构造函数的参数时,可以根据需要删除和每个线程安全保证
             * 
             * 
             * 搭建一个私有静态只读的Lazy对象,表明承载的对象为BaseConfiguration 并在()中使用拉姆达表达式进行实例化
             * **/
            private static readonly Lazy<BaseConfiguration> lazy = new Lazy<BaseConfiguration>(()=>new BaseConfiguration());
    
            /// <summary>
            /// 对外提供的唯一获取实例的构造函数
            /// </summary>
            public static BaseConfiguration GetBaseConfiguration
            {
                get {
                    return lazy.Value;
                }
            }
    
    
        }
    

      

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