文章總結自張波老師的視訊教程

單例模式

• 動機(Motivation)

  • 在軟體系統中，經常有這樣一些特殊的類，必須保證它們在系統中只存在一個例項，才能確保它們的邏輯正確性、以及良好的效率。
  • 如何繞過常規的構造器，提供一種機制來保證一個類只有一個例項？
  • 這應該是類設計者的責任，而不是使用者的責任

• 意圖(Intent)

  • 保證一個類僅有一個例項，並提供一個該例項的全域性訪問點。——《設計模式》GoF

簡單實現

public sealed class Singleton
{
    private static Singleton _instance = null;

    private Singleton()
    {

    }

    public static Singleton Instance
    {
        get { return _instance ?? (_instance = new Singleton()); }
    }
}
 

說明：

• 對於執行緒來說不安全
• 單執行緒中已滿足要求
• 優點：
  
  • 由於例項是在 Instance 屬性方法內部建立的，因此類可以使用附加功能
  • 直到物件要求產生一個例項才執行例項化；這種方法稱為“惰性例項化”。惰性例項化避免了在應用程式啟動時例項化不必要的 singleton。

執行緒安全的

public sealed class Singleton
{
    private static Singleton _instance = null;
    private static readonly object Padlock = new object();

    private Singleton()
    {
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            lock (Padlock)
            {
                if (_instance == null)
                {
                    _instance = new Singleton();
                }

            }
            return _instance;
        }
    }
}
 

說明：

• 同一個時刻加了鎖的那部分程式只有一個執行緒可以進入
• 物件例項由最先進入的那個執行緒建立
• 後來的執行緒在進入時（instence == null）為假，不會再去建立物件例項
• 增加了額外的開銷，損失了效能

雙重鎖定

public sealed class Singleton
{
    private static Singleton _instance = null;
    private static readonly object Padlock = new object();

    private Singleton()
    {
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                lock (Padlock)
                {
                    if (_instance == null)
                    {
                        _instance = new Singleton();
                    }

                }
            }

            return _instance;
        }
    }
}
 

說明：

• 多執行緒安全
• 執行緒不是每次都加鎖
• 允許例項化延遲到第一次訪問物件時發生

靜態初始化

public sealed class Singleton
{
    private static readonly Singleton _instance = null;

    static Singleton()
    {
        _instance = new Singleton();
    }

    private Singleton()
    {
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return _instance;
        }
    }
}

說明：

• 依賴公共語言執行庫負責處理變數初始化
• 公共靜態屬性為訪問例項提供了一個全域性訪問點
• 對例項化機制的控制權較少(.NET代為實現)
• 靜態初始化是在 .NET 中實現 Singleton 的首選方法

延遲初始化

public sealed class Singleton
{
    private Singleton()
    {
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return Nested.instance;
        }
    }

    private class Nested
    {
        internal static readonly Singleton instance = null;
        static Nested()
        {
            instance = new Singleton();
        }
    }
}

說明：

• 初始化工作由Nested類的一個靜態成員來完成，這樣就實現了延遲初始化

注意事項

• Singleton模式中的例項構造器可以設定為protected以允許子類派生。
• Singleton模式一般不要支援ICloneable介面，因為這可能會導致多個物件例項，與Singleton模式的初衷違背。
• Singleton模式一般不要支援序列化，因為這也有可能導致多個物件例項，同樣與Singleton模式的初衷違背。
• Singletom模式只考慮到了物件建立的管理，沒有考慮物件銷燬的管理。就支援垃圾回收的平臺和物件的開銷來講，我們一般沒有必要對其銷 毀進行特殊的管理。

總結

• Singleton模式是限制而不是改進類的建立。
• 理解和擴充套件Singleton模式的核心是“如何控制使用者使用new對一個類的構造器的任意呼叫”。
• 可以很簡單的修改一個Singleton，使它有少數幾個例項，這樣做是允許的而且是有意義的。