单例模式详解

　最近在学设计模式，学到创建型模式的时候，碰到单例模式（或叫单件模式），现在整理一下笔记。

　　在《Design Patterns：Elements of Resuable Object-Oriented Software》中的定义是：Ensure a class only has one instance，and provide a global point of access to。它的主要特点不是根据客户程序调用生成一个新的实例，而是控制某个类型的实例数量-唯一一个。（《设计模式-基于C#的工程化实现及扩展》，王翔）。也就是说，单例模式就是保证在整个应用程序的生命周期中，在任何时刻，被指定的类只有一个实例，并为客户程序提供一个获取该实例的全局访问点。

　　一、经典模式：

public class Singleton
{
        private static Singleton instance;

        private Singleton()
        {
        
        }

        public static Singleton GetInstance()
        {
                if(instance==null)
                {
                        instance=new Singleton();
                }
                return instance;
        }
}

　　解析如下：

　　1）首先，该Singleton的构造函数必须是私有的，以保证客户程序不会通过new（）操作产生一个实例，达到实现单例的目的；

　　2）因为静态变量的生命周期跟整个应用程序的生命周期是一样的，所以可以定义一个私有的静态全局变量instance来保存该类的唯一实例；

　　3）必须提供一个全局函数访问获得该实例，并且在该函数提供控制实例数量的功能，即通过if语句判断instance是否已被实例化，如果没有则可以同new（）创建一个实例；否则，直接向客户返回一个实例。

　　在这种经典模式下，没有考虑线程并发获取实例问题，即可能出现两个线程同时获取instance实例，且此时其为null时，就会出现两个线程分别创建了instance，违反了单例规则。因此，需对上面代码修改。

　　二、多线程下的单例模式

　　1、Lazy模式

public class Singleton
{
       private static Singleton instance;
       private static object _lock=new object();

       private Singleton()
       {

       }

       public static Singleton GetInstance()
       {
               if(instance==null)
               {
                      lock(_lock)
                      {
                             if(instance==null)
                             {
                                     instance=new Singleton();
                             }
                      }
               }
               return instance;
       }
}

　　上述代码使用了双重锁方式较好地解决了多线程下的单例模式实现。先看内层的if语句块，使用这个语句块时，先进行加锁操作，保证只有一个线程可以访问该语句块，进而保证只创建了一个实例。再看外层的if语句块，这使得每个线程欲获取实例时不必每次都得加锁，因为只有实例为空时（即需要创建一个实例），才需加锁创建，若果已存在一个实例，就直接返回该实例，节省了性能开销。

　　2、饿汉模式

　　这种模式的特点是自己主动实例。

public sealed class Singleton
{
        private static readonly Singleton instance=new Singleton();
 
        private Singleton()
        {
        }

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

　　上面使用的readonly关键可以跟static一起使用，用于指定该常量是类别级的，它的初始化交由静态构造函数实现，并可以在运行时编译。在这种模式下，无需自己解决线程安全性问题，CLR会给我们解决。由此可以看到这个类被加载时，会自动实例化这个类，而不用在第一次调用GetInstance()后才实例化出唯一的单例对象。