C# 设计模式学习二 Singleton单例模式

一，模式分类

目的
1，创建型 Creational模式 负责对象创建
2，结构型 Structural模式 处理类与对象间的组合
3，行为型 Behavior 模式 类与对象交互中的职责分配

范围来看

1，类模式处理类与子类的静态关系
2，对象模式处理对象间的动态关系

二，Singleton模式

1，动机Motivation
在软件系统中 有一些特殊类，必须保证他们在系统中只有一个存在（只有一个实例）才能保证他们的逻辑正确性，以及良好的效率

这种动机是类的设计者的责任（由设计类的人保证），而不是使用者的责任

如何绕过常规的构造器，提供一种机制来保证一个类只有一个实例

2，意图
保证一类只有一个实例，并提供一全局访问点

三，Singleton模式的几个要点

1，Singleton模式中的实例构造器可以设置为protected以允许子类派生

2，Singleton模式不需要支持Icloneable接口(该接口用于克隆)，会导致多个对象实例

3，一般不要支持序列化，同上（序列化的方式也可以创建对象）

4，只考虑了对象创建管理，没有考虑对象销毁的管理。因为开销较小（仅有一个），所以没有必要对其销毁进行特殊的管理。

5，不能应用多线程环境，在多线程环境中，使用Singleton模式任然有可能得到多个实例对象。

四，Singleton模式的扩展

1，将一个实例扩展到n个实例，例如对象池的实现
n并不是任意，而是可控制的范围，
如，建立一个服务队列，在初始化的过程中用new构造出n个对象，再轮询调用

2，将new构造器的调用转移到其他类中，例如多个类协同工作环境中，某个局部环境只需要拥有一个类的一个实例

3，理解和扩展Singleton模式的核心是：“如何控制用户使用new对一个类的实例构造器的任意调用”
即使很好的控制new，new太自由

五，实例

1，单线程Singleton模式

//单线程Singleton模式
public class Singleton
{
private static Singleton instance;

//私有构造器（屏蔽默认构造器），不会被构造，只能在类的内部使用这个私有构造器
private Singleton() { }

//静态属性
public static Singleton Instance
{
get
{
if (instance == null)
{
//只能在类的内部使用这个私有构造器
instance = new Singleton();
}

return instance;
}
}
}

//参数化的Singleton模式
public class Singleton1
{
private static Singleton1 instance;

int x, y;

private Singleton1(int x, int y)
{
this.x = x;
this.y = y;
}

public static Singleton1 Instance(int x, int y)
{
if (instance == null)
{
instance = new Singleton1(x, y);
}
else
{
instance.x = x;
instance.y = y;
}

return instance;
}

}

2，多线程Singleton模式

//多线程Singleton模式
class Singleton2
{
//volatile修饰，保证编译器不会调整我们定义的代码（编译器有可能在编译过程中微调代码）
private static volatile Singleton2 instance = null;

//辅助器，只要是object子类就可以，不是模式中的元素
private static object lockHelper = new object();

private Singleton2() { }

//静态属性
public static Singleton2 Instance
{
get
{
//先判断是否存在，再加锁，否则影响性能
if (instance == null)
{
//锁住括号中的执行内容，直到执行结束
//这里注意lock的内容是所有实例都是用的元素，比如本类中的静态变量lockHelper
lock (lockHelper)
{
//双检查，避免多线程访问错误（同时进入if语句），new出多个实例
if (instance == null)
{
instance = new Singleton2();
}
}
}

return instance;
}
}
}

3，更好的Singleton模式的实现（多线程对应）

//更好的Singleton模式的实现（多线程对应）
//密封类不可以继承
sealed class Singleton3
{
/*
* ① 实现了内联初始化，实际上编译后静态字段会被加入静态构造器中执行(实现初始化)
*    而我们在使用静态变量之前，类的静态构造器会被首先执行
*    所以我们只要方法该字段就能保证它们初始化
* ② 支持多线程，
*   .net机制本身就保证只有一个线程能执行静态构造器，可以免费为静态构造器加锁
* ③ 弊端
*    该方式不能支持带参数的构造器
*    根本原因在于静态构造器是私有的，不带参数的，
*    在一定程度上，可以定义一些属性来解决这一问题（如果仅仅是简单的设置值的话），或者
*    定义个单独的初始化方法来实现初始化，如，加入public void Init() { ...}方法实现初始化
* ④ 而且由于类一加载就实例化对象，所以要提前占用系统资源（前面都是用时才实例化）
*/
public static readonly Singleton3 Instance = new Singleton3();

private Singleton3() { }
}

//上类等同于此类
class Singleton4
{
public static readonly Singleton4 Instance;

//静态的构造器，执行时间
static Singleton4()
{
Instance = new Singleton4();
}

private Singleton4() { }
}

4，其他实例

//一，.net环境中GetType方法返回的对象，就是用了该模式

int[] array1 = new int[] { 1, 2, 3 };
int[] array2 = new int[] { 4, 5, 6 };

Type t1 = array1.GetType();
Type t2 = array2.GetType();

//ReferenceEquals判断t1，t2是否指向同一地址
Console.WriteLine(ReferenceEquals(t1, t2));

//结果为true

//二，在配置类中访问的HttpContext都是全局唯一的对象
//HttpContext.Current
}