C# 设计模式系列教程-单例模式

 更新时间:2016年06月02日 08:57:15   作者:Wang Juqiang  
单例模式防止在应用程序中实例化多个对象。这就节约了开销,每个实例都要占用一定的内存,创建对象时需要时间和空间。

1. 描述:

  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。

2. 单例模式主要有3个特点,:

  2.1 单例类确保自己只有一个实例。
  2.2 单例类必须自己创建自己的实例。
  2.3 单例类必须为其他对象提供唯一的实例。

3. 实现方式:懒汉单例类和饿汉单例类

  3.1 懒汉式单例类
    对于懒汉模式,我们可以这样理解:该单例类非常懒,只有在自身需要的时候才会行动,从来不知道及早做好准备。它在需要对象的时候,才判断是否已有对象,如果没有就立即创建一个对象,然后返回,如果已有对象就不再创建,立即返回。
懒汉模式只在外部对象第一次请求实例的时候才去创建。

  3.2 饿汉式单例
    对于饿汉模式,我们可以这样理解:该单例类非常饿,迫切需要吃东西,所以它在类加载的时候就立即创建对象。

  3.3 懒汉模式和饿汉模式的优缺点:
    懒汉模式,它的特点是运行时获得对象的速度比较慢,但加载类的时候比较快。它在整个应用的生命周期只有一部分时间在占用资源。
    饿汉模式,它的特点是加载类的时候比较慢,但运行时获得对象的速度比较快。它从加载到应用结束会一直占用资源。
    这两种模式对于初始化较快,占用资源少的轻量级对象来说,没有多大的性能差异,选择懒汉式还是饿汉式都没有问题。但是对于初始化慢,占用资源多的重量级对象来说,就会有比较明显的差别了。所以,对重量级对象应用饿汉模式,类加载时速度慢,但运行时速度快;懒汉模式则与之相反,类加载时速度快,但运行时第一次获得对象的速度慢。
    从用户体验的角度来说,我们应该首选饿汉模式。我们愿意等待某个程序花较长的时间初始化,却不喜欢在程序运行时等待太久,给人一种反应迟钝的感觉,所以对于有重量级对象参与的单例模式,我们推荐使用饿汉模式。
    而对于初始化较快的轻量级对象来说,选用哪种方法都可以。如果一个应用中使用了大量单例模式,我们就应该权衡两种方法了。轻量级对象的单例采用懒汉模式,减轻加载时的负担,缩短加载时间,提高加载效率;同时由于是轻量级对象,把这些对象的创建放在使用时进行,实际就是把创建单例对象所消耗的时间分摊到整个应用中去了,对于整个应用的运行效率没有太大影响。

4. 代码实现:

  4.1 懒汉式

  public class Singleton
  {
    private static Singleton m_Instance;

    private Singleton()
    {
      // 将默认构造函数定义为私有,防止外部调用它实例化别的对象
    }

    public static Singleton GetInstance()
    {

      if (m_Instance == null)
      {
        m_Instance = new Singleton();
      }

      return m_Instance;
    }
  }

  4.2 饿汉式

  // 定义为sealed防止派生,因为派生可能增加实例
  public sealed class Singleton
  {
    private static readonly Singleton m_Instance = new Singleton();
    private Singleton()
    {
      // 将默认构造函数定义为私有,防止外部调用它实例化别的对象
    }

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

5. 模式总结

  5.1 优点:
    防止在应用程序中实例化多个对象。这就节约了开销,每个实例都要占用一定的内存,创建对象时需要时间和空间。

  5.2 缺点:

  5.3 适用场合:
    5.3.1 控制资源的使用,通过线程同步来控制资源的并发访问;
    5.3.2 控制实例产生的数量,达到节约资源的目的。
    5.3.3 作为通信媒介使用,也就是数据共享,它可以在不建立直接关联的条件下,让多个不相关的两个线程或者进程之间实现通信。

  5.4 对设计原则的支持:

    使用单例模式最核心的一点是体现了面向对象封装特性中的“单一职责”原则。

6. 补充: 在多线程开放过程中,对使用懒汉单例模式应防止两个线程同时去实例化对象,这是有可能的。

下面给出解决方案

  6.1 使用锁机制

  public class Singleton
  {
    private static Singleton m_Instance;

    static readonly object o = new object();

    private Singleton()
    {
      // 将默认构造函数定义为私有,防止外部调用它实例化别的对象
    }

    public static Singleton GetInstance()
    {
      lock (o)
      {
        if (m_Instance == null)
        {
          m_Instance = new Singleton();
        }
      }

      return m_Instance;
    }
  }

  使用锁机制可以防止两个线程同时创建对象,但这里有个性能问题,每当一个线程访问GetInstance()这个方法是,都要加锁,这其实是没必要的。

  6.2 双重锁定

  public class Singleton
  {
    private static Singleton m_Instance;

    static readonly object o = new object();

    private Singleton()
    {
      // 将默认构造函数定义为私有,防止外部调用它实例化别的对象
    }

    public static Singleton GetInstance()
    {
      // 这里增加了一个判断实例是否存在,只有在不存在时才给加锁,也就是在这个实例的生命周期中只加过一次锁
      if (m_Instance == null)
      {
        lock (o)
        {
          if (m_Instance == null)
          {
            m_Instance = new Singleton();
          }
        }
      }

      return m_Instance;
    }
  }

  双重锁定保证了实例在它的生命周期中只被锁定一次,因而它对性能不会有影响。

以上就是本文的全部内容,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持脚本之家。

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