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設計模式-建立型-單例模式

阿新 • • 發佈：2019-09-12

單例模式：對於類的單例模式設計，就是採取一定的方法保證在整個軟體系統中，對某個類只能存在一個物件例項，並且該類只提供一個取得其物件例項的方法（靜態方法）。

單例模式有8種方式：

　　1、餓漢式（靜態常量）

　　// 2、餓漢式（靜態程式碼塊）

　　3、懶漢式（執行緒不安全）

　　4、懶漢式（執行緒安全，同步方法）

　　5、懶漢式（執行緒安全，同步程式碼塊）

　　6、雙重檢查double check

　　7、靜態內部類

　　// 8、列舉

★餓漢式（靜態常量）

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 測試
 6         Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
 7         Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton
16 {
17     /// <summary>
18     /// 1、私有化建構函式，外部不能new
19     /// </summary>
20     private Singleton()
21     {
22     }
23 
24     // 2、本類的內部建立物件例項
25     private readonly static Singleton instance = new Singleton();
26 
27     // 3、提供一個公有的靜態方法，返回物件例項
28     public static Singleton getInstance()
29     {
30         return instance;
31     }
32 }
view code

　　優缺點說明：

　　　　1、優點：寫法簡單，就是在類狀態的時候就完成了例項化，避免執行緒同步問題。

　　　　2、缺點：在類狀態的時候完成例項化，沒有達到lazy loading的效果。如果從始至終從未使用過這個例項，則會造成記憶體的浪費。

　　　　3、這種方式基於classloader機制避免了多執行緒的同步問題，不過，instance在類裝載時就例項化，在單例模式中大多數都是呼叫getInstance方法，但是導致類裝載的原因有很多，因此不能確定有其他的方式導致裝載，這時候初始化instance就沒有達到lazy loading的效果。

　　結論：這種單例模式可用，可能造成記憶體浪費。

★餓漢式（靜態程式碼塊）

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 測試
 6         Singleton instance1 = Singleton.GetInstance;
 7         Singleton instance2 = Singleton.GetInstance;
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton
16 {
17     /// <summary>
18     /// 1、私有化建構函式，外部不能new
19     /// </summary>
20     private Singleton()
21     {
22     }
23 
24     public static Singleton GetInstance { get; private set; } = new Singleton();
25 }
view code

★懶漢式（執行緒不安全）

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 測試
 6         Singleton1 instance1 = Singleton1.getInstance();
 7         Singleton1 instance2 = Singleton1.getInstance();
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton1
16 {
17     // 私有的靜態變數
18     private static Singleton1 instance;
19 
20     /// <summary>
21     /// 1、私有化建構函式，外部不能new
22     /// </summary>
23     private Singleton1()
24     {
25     }
26 
27     /// <summary>
28     /// 提供一個靜態的公有方法，當使用到該方法時，才去建立instance，即懶漢式
29     /// </summary>
30     /// <returns></returns>
31     public static Singleton1 getInstance()
32     {
33         if (instance == null)
34         {
35             instance = new Singleton1();
36         }
37         return instance;
38     }
39 }
view code

　　優缺點說明：

　　　　1、起到了lazy loading效果，但是隻能在單執行緒下使用。

　　　　2、若在多執行緒下，一個執行緒進入if(singleton==null)判斷語句塊，還未來得及往下執行，另一個執行緒也通過了該判斷，就會產生多個例項。所以在多執行緒環境下不可使用這種方式。

　　結論：在實際開發中，不要使用這種方式。

★懶漢式（執行緒安全，同步方法） 

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 測試
 6         Singleton3 instance1 = Singleton3.getInstance();
 7         Singleton3 instance2 = Singleton3.getInstance();
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton3
16 {
17     // 定義一個靜態變數來儲存類的例項
18     private static Singleton3 instance;
19 
20     // 定義一個標識確保執行緒同步
21     private static readonly object locker = new object();
22 
23     /// <summary>
24     /// 私有化建構函式，外部不能new
25     /// </summary>
26     private Singleton3()
27     {
28     }
29 
30     /// <summary>
31     /// 提供一個靜態的公有方法，當使用到該方法時，才去建立instance，即懶漢式
32     /// </summary>
33     /// <returns></returns>
34     public static Singleton3 getInstance()
35     {
36         // 當第一個執行緒執行到這裡時，此時會對locker物件 "加鎖"，
37         // 當第二個執行緒執行該方法時，首先檢測到locker物件為"加鎖"狀態，該執行緒就會掛起等待第一個執行緒解鎖
38         // lock語句執行完之後（即執行緒執行完之後）會對該物件"解鎖"
39         lock (locker)
40         {
41             if (instance == null)
42             {
43                 instance = new Singleton3();
44             }
45         }
46         return instance;
47     }
48 }
view code

　　優缺點說明：

　　　　1、解決了執行緒不安全的問題。

　　　　2、效率太低，每個執行緒都想獲取類例項的時候，執行getInstance()時都需要進行同步，而該方法只需要執行一次例項化程式碼就夠了，後面想獲取該類的例項直接return就可以了。

　　結論：在實際開發中，不推薦使用這種方式。　　　　

★懶漢式（執行緒安全，同步程式碼塊） 

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 測試
 6         Singleton4 instance1 = Singleton4.getInstance();
 7         Singleton4 instance2 = Singleton4.getInstance();
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton4
16 {
17     // 定義一個靜態變數來儲存類的例項
18     private static Singleton4 instance;
19 
20     // 定義一個標識確保執行緒同步
21     private static readonly object locker = new object();
22 
23     /// <summary>
24     /// 私有化建構函式，外部不能new
25     /// </summary>
26     private Singleton4()
27     {
28     }
29 
30     /// <summary>
31     /// 提供一個靜態的公有方法，當使用到該方法時，才去建立instance，即懶漢式
32     /// </summary>
33     /// <returns></returns>
34     public static Singleton4 getInstance()
35     {
36         if (instance == null)
37         {
38             lock (locker)
39             {
40                 instance = new Singleton4();
41             }
42         }
43         return instance;
44     }
45 }
view code 

　　優缺點說明：

　　　　1、這種方式本意上時對上述方式的改進，改為同步產生例項化的程式碼塊。

　　　　2、但是這種方式沒有解決執行緒安全問題。　　

　　結論：強烈不推薦。

★雙重檢查 

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 測試
 6         Singleton5 instance1 = Singleton5.getInstance();
 7         Singleton5 instance2 = Singleton5.getInstance();
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton5
16 {
17     // 定義一個靜態變數來儲存類的例項
18     private static Singleton5 instance;
19 
20     // 定義一個標識確保執行緒同步
21     private static readonly object locker = new object();
22 
23     /// <summary>
24     /// 私有化建構函式，外部不能new
25     /// </summary>
26     private Singleton5()
27     {
28     }
29 
30     /// <summary>
31     /// 提供一個靜態的公有方法，當使用到該方法時，才去建立instance，即懶漢式
32     /// </summary>
33     /// <returns></returns>
34     public static Singleton5 getInstance()
35     {
36         // 當第一個執行緒執行到這裡時，此時會對locker物件 "加鎖"，
37         // 當第二個執行緒執行該方法時，首先檢測到locker物件為"加鎖"狀態，該執行緒就會掛起等待第一個執行緒解鎖
38         // lock語句執行完之後（即執行緒執行完之後）會對該物件"解鎖"
39         // 雙重鎖定只需要一句判斷就可以了
40         if (instance == null)
41         {
42             lock (locker)
43             {
44                 if (instance == null)
45                 {
46                     instance = new Singleton5();
47                 }
48             }
49         }
50         return instance;
51     }
52 }
view code

　　結論：推薦使用。 

★靜態內部類 

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 測試
 6         Singleton2 instance1 = Singleton2.getInstance();
 7         Singleton2 instance2 = Singleton2.getInstance();
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton2
16 {
17     /// <summary>
18     /// 1、私有化建構函式，外部不能new
19     /// </summary>
20     private Singleton2()
21     {
22     }
23 
24     private static class SingletonInstance
25     {
26         public readonly static Singleton2 INSTANCE = new Singleton2();
27     }
28 
29     /// <summary>
30     /// 提供一個靜態的公有方法，當使用到該方法時，才去建立instance，即懶漢式
31     /// </summary>
32     /// <returns></returns>
33     public static Singleton2 getInstance()
34     {
35         return SingletonInstance.INSTANCE;
36     }
37 }
view code

　　優缺點說明：

　　　　1、這種方式採用了類裝載的機制來保證初始化例項時只有一個執行緒。

　　　　2、靜態內部類方式在Singleton類被裝載時並不會立即例項化，而是在需要例項化時，通過getInstance方法才會裝載SingletonInstance類，從而完成Singleton例項化。

　　　　3、類的靜態屬性只會在類第一次裝載的時候初始化。

　　　　4、避免了執行緒不安全，利用靜態內部類特點實現延遲載入，效率高。

　　結論：推薦使用。 

★列舉

　　 

　　在java中提供該方式。 

C#中實現了單例模式的類：

 1 // 該類不是一個公開類
 2 // 但是該類的實現應用了單例模式
 3 internal sealed class SR
 4 {
 5     private static SR loader;
 6     internal SR()
 7     {
 8     }
 9     // 主要是因為該類不是公有，所以這個全部訪問點也定義為私有的了
10      // 但是思想還是用到了單例模式的思想的
11      private static SR GetLoader()
12     {
13          if (loader == null)
14          {
15              SR sr = new SR();
16              Interlocked.CompareExchange<SR>(ref loader, sr, null);
17          }
18         return loader;
19     }
20 
21     // 這個公有方法中呼叫了GetLoader方法的
22     public static object GetObject(string name)
23     {
24          SR loader = GetLoader();
25          if (loader == null)
26          {
27                return null;
28          }
29          return loader.resources.GetObject(name, Culture);
30     }
31 }
view code

參考：https://www.cnblogs.com/zhili/p/SingletonPatterm.

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