C#设计模式之5-单例模式

单例模式（Singleton Pattern）

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单例模式属于创建型模式，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。

一个类有且仅有一个实例，并且自行实例化向整个系统提供。

角色：

1、单例类（Singleton）

保证唯一并提供全局访问点的单例类。

命名空间SingletonPattern中包含7个单例类，本案例将介绍这7种常见的单例实现方法。

namespace SingletonPattern

public sealed class Singleton {private static Singleton _instance = null;public static Singleton GetInstance() {if(_instance == null) {_instance = new Singleton();Console.WriteLine("Singleton.GetInstance()!");}return _instance;}}

最常见的单例类，但是无法保证线程安全。因为首次运行时，n个线程可同时到达if(_instance == null)，导致_instance可能会被多初始化n-1次（有1次是需要初始化的）。在_instance被初始化之后新启动的线程不会使该情况重现。

public sealed class SingletonSafe {private static SingletonSafe _instance = null;private static readonly object _lock = new object();public static SingletonSafe GetInstance() {lock (_lock) {if (_instance == null) {_instance = new SingletonSafe();Console.WriteLine("SingletonSafe.GetInstance()!");}}return _instance;}}

使用私有静态object类型的锁（微软推荐），lock关键字会占有该锁，之后请求该锁的其它线程必需等待其释放才能进入。该方法可实现线程安全的单例模式，但是锁属于昂贵资源，“占有锁”和“释放锁”都比较耗时，并会在一定程度上阻止其它线程的执行，会显著影响程序的并发性，所以有了下面的优化。

public sealed class SingletonSafe2 {private static SingletonSafe2 _instance = null;private static readonly object _lock = new object();public static SingletonSafe2 GetInstance() {if (_instance == null) {lock (_lock) {if (_instance == null) {_instance = new SingletonSafe2();Console.WriteLine("SingletonSafe2.GetInstance()!");}}}return _instance;}}

通过优先使用if (_instance == null)这种耗费资源较少的比较来决定是否进入锁，可大幅度提高性能。因为_instance不为null时，直接返回即可。

public sealed class SingletonLazy {private static readonly Lazy<SingletonLazy> _instance =new Lazy<SingletonLazy>(() => {Console.WriteLine("SingletonLazy.GetInstance()!");return new SingletonLazy();});public static SingletonLazy GetInstance() {return _instance.Value;}}

带泛型的Lazy式单例实现，这是线程安全的，仅提供给大家参考。

public sealed class SingletonReadOnly {private static readonly SingletonReadOnly _instance =new SingletonReadOnly();public SingletonReadOnly() {Console.WriteLine("SingletonReadOnly.GetInstance()!");}public static SingletonReadOnly GetInstance() {return _instance;}}

静态只读式单例实现（由运行时保证唯一），这是线程安全的，仅提供给大家参考。

public abstract class SingletonGenericBase<T> where T : class, new() {private static T _instance = null;private static readonly object _lock = new object();public static T GetInstance() {if (_instance == null) {lock (_lock) {if (_instance == null) {_instance = new T();Console.WriteLine("SingletonGeneric.GetInstance()!");}}}return _instance;}}public sealed class SingletonGeneric : SingletonGenericBase<Singleton> {public SingletonGeneric() { }}

复杂的泛型实现，这是线程安全的，仅提供给大家参考。

public abstract class SingletonGenericBase2<T> where T : class {private static readonly Lazy<T> _instance = new Lazy<T>(() => {var ctors = typeof(T).GetConstructors(BindingFlags.Instance| BindingFlags.NonPublic| BindingFlags.Public);if (ctors.Count() != 1)throw new InvalidOperationException(String.Format("Type {0} must have exactly one constructor.",typeof(T)));var ctor = ctors.SingleOrDefault(c => !c.GetParameters().Any() && c.IsPrivate);if (ctor == null)throw new InvalidOperationException(String.Format("The constructor for {0} must be private and take no parameters.",typeof(T)));Console.WriteLine("SingletonGeneric2.GetInstance()!");return (T)ctor.Invoke(null);});public static T GetInstance() {return _instance.Value;}}public sealed class SingletonGeneric2 : SingletonGenericBase2<SingletonGeneric2> {private SingletonGeneric2() { }}

复杂的泛型实现，这是线程安全的，仅提供给大家参考。

public class Program {public static void Main(string[] args) {var singleton = Singleton.GetInstance();singleton = Singleton.GetInstance();var singletonSafe = SingletonSafe.GetInstance();singletonSafe = SingletonSafe.GetInstance();var singletonSafe2 = SingletonSafe2.GetInstance();singletonSafe2 = SingletonSafe2.GetInstance();var singletonReadOnly = SingletonReadOnly.GetInstance();singletonReadOnly = SingletonReadOnly.GetInstance();var singletonLazy = SingletonLazy.GetInstance();singletonLazy = SingletonLazy.GetInstance();var singletonGeneric = SingletonGeneric.GetInstance();singletonGeneric = SingletonGeneric.GetInstance();var singletonGeneric2 = SingletonGeneric2.GetInstance();singletonGeneric2 = SingletonGeneric2.GetInstance();Console.ReadKey();}}

以上是调用方的代码，每个GetInstance方法均调用2次以展示效果。以下是这个案例的输出结果：

Singleton.GetInstance()!
SingletonSafe.GetInstance()!
SingletonSafe2.GetInstance()!
SingletonReadOnly.GetInstance()!
SingletonLazy.GetInstance()!
SingletonGeneric.GetInstance()!
SingletonGeneric2.GetInstance()!

优点：

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1、单例模式会阻止其他对象实例化其自己的单例对象的副本，从而确保所有对象都访问唯一实例；
2、因为类控制了实例化过程，所以类可以灵活更改实例化过程。

缺点：

1、没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突。

使用场景：

1、需要频繁的进行创建和销毁的对象；
2、创建对象时耗时过多或耗费资源过多，但又经常用到的对象；
3、工具类对象；
4、频繁访问数据库或文件的对象。

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