【23种设计模式】单例模式（一）

前言：

单例模式是创建型模式5种中的第1种，关注对象的创建， 保证一个类仅有一个实例，并且提供一个全局访问点。在软件系统中，经常有这样一些特殊的类，必须保证它们在系统中只存在一个实例，才能确保它们的逻辑正确性、以及良好的效率。如何绕过常规的构造器，提供一种机制来保证一个类只创建一个实例？

一、应用场景：

• 要求生产唯一序列号。
• WEB 中的计数器，比如不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
• 创建的多个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

二、创建与实现：

以下提供两种情景实现方式，分别是单线程访问和多线程访问：

单线程实现：

定义：

public class SingleObject
    {
        #region 第一种写法

        /// <summary>
        /// 创建 SingleObject 的一个对象
        /// </summary>
        private static SingleObject instance = new SingleObject();

        /// <summary>
        /// 让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
        /// </summary>
        private SingleObject() { }


        /// <summary>
        /// 获取全局唯一对象
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public static SingleObject getInstance()
        {
            return instance;
        }

        #endregion

        #region 另外一种写法
        /// <summary>
        /// 创建 SingleObject 的一个空对象
        /// </summary>
        private static SingleObject instance2  = null;
        /// <summary>
        /// 获取全局唯一对象
        /// </summary>
        public static SingleObject getInstance2
        {
            get
            {
                if (instance == null)
                {
                    instance = new SingleObject();
                }
                return instance2;
            }
        }

        #endregion
        /// <summary>
        /// 单例中定义的方法
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public string  showMessage()
        {
            return "这是单例设计模式返回的信息....";
        }
    }

全局单例访问：

//不合法的构造函数
    //编译时错误：构造函数 SingleObject() 是不可见的
    //SingleObject object = new SingleObject();

    /// <summary>
    /// 获取唯一可用的对象
    /// </summary>
    SingleObject object1 = SingleObject.getInstance();
 
    /// <summary>
    /// 调用返回消息
    /// </summary>
    string str =   object1.showMessage();

说明： 以上代码在单线程情况下不会出现任何问题。但是在多线程的情况下却不是安全的。如两个线程同时运行到：

if (instance == null)

判断是否被实例化，一个线程判断为True后，在进行创建

instance = new Singleton();

之前，另一个线程也判断(instance == null)，结果也为True。这样就就违背了Singleton模式的原则，保证一个类仅有一个实例。

多线程实现：

定义：

class Singleton
    {
        /// <summary>
        /// 请注意一个关键字volatile，如果去掉这个关键字，还是有可能发生线程不是安全的。
        /// </summary>
        private static volatile Singleton instance = null;
        /// <summary>
        ///创建一个静态锁
        /// </summary>
        private static object lockHelper = new object();
        private Singleton() { }
        public static Singleton getSingleton
        {
            get
            {
                if (instance == null)
                {
                    lock (lockHelper)
                    {
                        if (instance == null)
                        {
                            instance = new Singleton();
                        }
                    }
                }
                return instance;
            }
        }
    }

说明： 这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）。此程序对多线程是安全的，使用了一个辅助对象lockHelper，保证只有一个线程创建实例，如果instance为空，保证只有一个线程创建唯一的一个实例。

instance = new Singleton();

（Double Check)请注意一个关键字volatile，如果去掉这个关键字，还是有可能发生线程不是安全的。volatile 保证严格意义的多线程编译器在代码编译时对指令不进行微调。

三、优缺点分析：

优点:

• 在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理首页页面缓存）。
• 避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点:

• 没有接口，既不能继承，又与单一职责原则冲突。一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

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