标签：value 场景 ocs bool 简单的 破坏 回收 otn activator
一、引言
单例模式应该算是23种设计模式中比较简单的，它属于创建型的设计模式，关注对象的创建。
二、概念
单例模式是23个“Gang Of Four”的设计模式之一，它描述了如何解决重复出现的设计问题，以设计灵活且可复用的面向对象软件，使对象的实现、更改、测试和重用更方便。
单例模式解决了以下问题：
如何确保类只有一个实例？
如何控制类的实例化？
如何限制类的实例数量？
单例模式是如何解决以上问题的呢？
这个设计模式的关键点在于使类控制其自身的实例化。
隐藏类的构造函数（定义私有构造函数）来确保类不能从外部实例化。
使用静态函数轻松访问类实例（Singleton.getInstance()）。
三、实现
1、懒汉式单例
1 using System.Threading; 2 3 public class SingletonTest 4 { 5 private static SingletonTest instance = null; 6 7 /// <summary> 8 /// 隐藏类的构造函数（定义私有构造函数）来确保类不能从外部实例化 9 /// </summary> 10 private SingletonTest() 11 { 12 Console.WriteLine("******单例类被实例化******"); 13 } 14 15 /// <summary> 16 /// 使用静态函数轻松访问类实例 17 /// </summary> 18 /// <returns><see cref="SingletonTest"/></returns> 19 public static SingletonTest GetInstance() 20 { 21 if (instance == null) 22 { 23 instance = new SingletonTest(); 24 } 25 26 return instance; 27 } 28 29 public void PrintSomething() 30 { 31 Console.WriteLine($"当前线程Id为{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); 32 Console.WriteLine("Singleton Pattern Test"); 33 } 34 }
上述代码在单线程的情况下是能正常运行的，符合单例模式的定义。
但是，多线程的情况呢？
我们使用以下代码进行测试
1 // 多线程情况 2 for (int i = 0; i < 10; i++) 3 { 4 Task.Run( 5 () => 6 { 7 SingletonTest singleton1 = SingletonTest.GetInstance(); 8 singleton1.PrintSomething(); 9 }); 10 }
结果如下
不出所料，类SingletonTest被实例化了多次，不符合单例模式的要求，那如何解决这个问题呢？
既然是多线程引起的问题，那就要使用线程同步。我们在这里使用锁来实现。
1 using System; 2 using System.Threading; 3 4 public class SingletonTest 5 { 6 private static SingletonTest instance = null; 7 8 private static object lockObject = new object(); 9 10 /// <summary> 11 /// 隐藏类的构造函数（定义私有构造函数）来确保类不能从外部实例化 12 /// </summary> 13 private SingletonTest() 14 { 15 Thread.Sleep(500); 16 Console.WriteLine("******单例类被实例化******"); 17 } 18 19 /// <summary> 20 /// 使用静态函数轻松访问类实例 21 /// </summary> 22 /// <returns><see cref="SingletonTest"/></returns> 23 public static SingletonTest GetInstance() 24 { 25 // 双重检查锁定的方式实现单例模式 26 if (instance == null) 27 { 28 lock (lockObject) 29 { 30 if (instance == null) 31 { 32 instance = new SingletonTest(); 33 } 34 } 35 } 36 37 return instance; 38 } 39 40 public void PrintSomething() 41 { 42 Console.WriteLine($"当前线程Id为{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); 43 Console.WriteLine("Singleton Pattern Test"); 44 } 45 }
上述代码在创建实例前，检查了两次实例是否为空，第一次判空是否有必要呢（上述代码26行）？为什么呢？我们想象这样的一种场景，在已经初始化类实例的情况下，是否还需要获取锁？答案是不需要，所以加第一个判断条件（上述代码26行）。
再次运行测试代码，结果如下：
从结果来看，类只被实例化了一次，解决了多线程下类被多次实例化的问题。但是指令重排序是否对此有影响？是否需要volatile关键字？欢迎大佬来解答一下。
2、饿汉式单例（推荐）
第一种方式有点繁琐，可以简单点吗？如下
1 using System; 2 using System.Threading; 3 4 public class SingletonTest2 5 { 6 // 静态变量的方式实现单例模式 7 private static readonly SingletonTest2 Instance = new SingletonTest2(); 8 9 private SingletonTest2() 10 { 11 Thread.Sleep(1000); 12 Console.WriteLine("******单例类被实例化******"); 13 } 14 15 public static SingletonTest2 GetInstance() 16 { 17 return Instance; 18 } 19 20 public void PrintSomething() 21 { 22 Console.WriteLine($"当前线程Id为{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); 23 Console.WriteLine("Singleton Pattern Test"); 24 } 25 }
这种实现方式利用的是.NET中静态关键字static的特性，使单例类在使用前被实例化，并且只实例化一次，这个由.NET框架保证。
这种方式存在问题，在没有使用到类中的成员时候就创建实例了，能否在使用到类成员的时候才创建实例呢？如下图
1 using System; 2 using System.Threading; 3 4 public class SingletonTest2 5 { 6 // 静态变量的方式实现单例模式 7 private static readonly Lazy<SingletonTest2> Instance = new Lazy<SingletonTest2>(() => new SingletonTest2()); 8 9 private SingletonTest2() 10 { 11 Thread.Sleep(1000); 12 Console.WriteLine("******初始化单例模式实例*****"); 13 } 14 15 public static SingletonTest2 GetInstance() 16 { 17 return Instance.Value; 18 } 19 20 public void PrintSomething() 21 { 22 Console.WriteLine($"当前线程Id为{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); 23 Console.WriteLine("Singleton Pattern Test"); 24 } 25 }
我们使用了Lazy关键字来延迟实例化。
四、例外
值得注意的是，反射会破坏单例模式，如下代码，能直接调用类的私有构造函数，再次实例化。
1 // 反射破坏单例 2 var singletonInstance = System.Activator.CreateInstance(typeof(SingletonTest2), true);
怎么避免呢？类的实例化都需要调用构造函数，那么我们在构造函数中加入判断标识即可。尝试实例化第二次的时候，就会抛异常。
1 private static bool isInstantiated; 2 3 private SingletonTest2() 4 { 5 if (isInstantiated) 6 { 7 throw new Exception("已经被实例化了，不能再次实例化"); 8 } 9 10 isInstantiated = true; 11 Thread.Sleep(1000); 12 Console.WriteLine("******单例类被实例化******"); 13 }
五、应用
那么实际应用中，哪些地方应该用单例模式呢？在这个类只应该存在一个对象的情况下使用。哪些地方用到了单例模式呢？
六、总结
俗话说，凡事都有两面性。单例模式确保了类只有一个实例，也引入了其他问题：
代码下载：https://github.com/hzhhhbb/SingletonPattern
七、参考资料
标签：value 场景 ocs bool 简单的 破坏 回收 otn activator
原文地址：https://www.cnblogs.com/hzhhhbb/p/11373553.html
