步步为营 .NET 设计模式学习笔记 四、Singleton(单例模式)

概述

Singleton模式要求一个类有且仅有一个实例，并且提供了一个全局的访问点。这就提出了一个问题：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？客户程序在调用某一个类时，它是不会考虑这个类是否只能有一个实例等问题的，所以，这应该是类设计者的责任，而不是类使用者的责任。

从另一个角度来说，Singleton模式其实也是一种职责型模式。因为我们创建了一个对象，这个对象扮演了独一无二的角色，在这个单独的对象实例中，它集中了它所属类的所有权力，同时它也肩负了行使这种权力的职责！
意图
保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
模型图
逻辑模型图：



物理模型图：<Design Pattern>Singleton示例



比较:
我们先对四种方式针对它们的优缺点进行一个比较:
　　方法一：
　　public sealed class Singleton
　　{
　　private static readonly Singleton instance = new Singleton();
　　private Singleton(){}
　　public static Singleton Instance
　　{
　　get
　　{
　　return instance;
　　}
　　}
　　}
　　优点：简单明了
　　缺点：耗费资源
　　方法二：
　　public sealed class ClassicSingleton
　　{
　　private static ClassicSingleton instance;
　　private static object syncRoot = new Object();
　　private ClassicSingleton() { }
　　public static ClassicSingleton Instance
　　{
　　get
　　{
　　if (instance == null)
　　{
　　lock (syncRoot)
　　{
　　if (instance == null)
　　{
　　//...custom code
　　instance = new ClassicSingleton();
　　}
　　}
　　}
　　return instance;
　　}
　　}
　　}
　　优点：节省资源
　　缺点：代码冗长
　　方法三：
　　public sealed class Singleton
　　{
　　static Singleton(){Instance = new Singleton();}
　　private Singleton(){}
　　public static Singleton Instance{get; private set;}
　　}
　　优点：既节省资源，又简单明了
　　缺点：线程不安全
　　方法四：
　　public class Singleton
　　{
　　private static Singleton instance;
　　// Added a static mutex for synchronising use of instance.
　　private static System.Threading.Mutex mutex;
　　private Singleton() { }
　　static Singleton()
　　{
　　instance = new Singleton();
　　mutex = new System.Threading.Mutex();
　　}
　　public static Singleton Acquire()
　　{
　　mutex.WaitOne();
　　return instance;
　　}
　　// Each call to Acquire() requires a call to Release()
　　public static void Release()
　　{
　　mutex.ReleaseMutex();
　　}
　　}
　　优点：既节省资源，又简单明了，线程也安全了（一箭三雕）
　　缺点：轻微冗长
以下是我们的示例:
在玩网游时,计算玩家在线人数,因为游对有很多大区,这时我们要用到单例模式.
首先新建Example.cs:

public sealed class Example
{
/// <summary>
/// 定义一个静态的Example
/// </summary>
private static  Example SingleExample=new Example ();
private int SumCount = 0;
//私有构造函数
private Example()
{
/////线程延迟2000毫秒
Thread.Sleep(2000);

}

//析构函数，避免最终都没有执行Dispose
~Example()
{
this.Dispose();
}
private void Dispose()
{
SingleExample = null;
}
/// <summary>
/// 获取Example类型
/// </summary>
/// <returns></returns>
public static Example GetExample()
{
if (SingleExample == null)
SingleExample = new Example();
return SingleExample;
}
/// <summary>
/// 记数加1
/// </summary>
public void AddCount()
{
SumCount++;
}
/// <summary>
/// 返回记数
/// </summary>
/// <returns></returns>
public int GetCount()
{
return SumCount;
}

}

然后新建CountUserComeIn.cs:

public  class CountUserComeIn
{
/// <summary>
/// 用于返回信息
/// </summary>
public  StringBuilder strBuilder = new StringBuilder();
public CountUserComeIn()
{

}
/// <summary>
/// 调用Example
/// </summary>
public void GetUserComeIn()
{

Example example = Example.GetExample();
for (int i = 1; i <= 5; i++)
{
example.AddCount();
strBuilder.AppendLine("现在的大区是:" + Thread.CurrentThread.Name);
strBuilder.AppendLine("现在共有" + example.GetCount() + "个玩家进入系统.");
}
}
/// <summary>
/// 新建三个实例
/// </summary>
public void Start()
{

Thread thread = Thread.CurrentThread;
thread.Name = "华北区";
Thread threadone = new Thread(new ThreadStart(GetUserComeIn));
threadone.Name = "华东区";
Thread threadtwo = new Thread(new ThreadStart(GetUserComeIn));
threadtwo.Name = "华南区";
Thread threadthree = new Thread(new ThreadStart(GetUserComeIn));
threadthree.Name = "华中区";
threadone.Start();
threadtwo.Start();
threadthree.Start();

GetUserComeIn();
}
}

然后调用:

public partial class Run : Form
{
public Run()
{
InitializeComponent();
}

private void btnRun_Click(object sender, EventArgs e)
{
//ISaaSProcess process = new EmailEngine();
//process.StartProcess();
//process.StopProcess();
//foreach (string result in process.GetResult())
//{
//    rtbResult.AppendText(result + "\n");
//}

//BuyComputer myBuy = new BuyComputer(new lenovo());
// rtbResult.AppendText(myBuy.ShowComputerConfigure());
//myBuy = new BuyComputer(new HP());
// rtbResult.AppendText(myBuy.ShowComputerConfigure());
CountUserComeIn CountUser = new CountUserComeIn();
CountUser.Start();
rtbResult.AppendText(CountUser.strBuilder.ToString());

}
}

最近显示的结果:



要注意以下三点:
实现要点
1、 Singleton模式是限制而不是改进类的创建。
2、Singleton类中的实例构造器可以设置为Protected以允许子类派生。
3、Singleton模式一般不要支持Icloneable接口，因为这可能导致多个对象实例，与Singleton模式的初衷违背。
4、Singleton模式一般不要支持序列化，这也有可能导致多个对象实例，这也与Singleton模式的初衷违背。
5、Singleton只考虑了对象创建的管理，没有考虑到销毁的管理，就支持垃圾回收的平台和对象的开销来讲，我们一般没必要对其销毁进行特殊的管理。
6、 理解和扩展Singleton模式的核心是“如何控制用户使用new对一个类的构造器的任意调用”。
7、可以很简单的修改一个Singleton，使它有少数几个实例，这样做是允许的而且是有意义的。
优点
实例控制：Singleton 会阻止其他对象实例化其自己的 Singleton 对象的副本，从而确保所有对象都访问唯一实例
灵活性：因为类控制了实例化过程，所以类可以更加灵活修改实例化过程
缺点
开销：虽然数量很少，但如果每次对象请求引用时都要检查是否存在类的实例，将仍然需要一些开销。可以通过使用静态初始化解决此问题，上面的五种实现方式中已经说过了。
可能的开发混淆：使用 singleton 对象（尤其在类库中定义的对象）时，开发人员必须记住自己不能使用 new 关键字实例化对象。因为可能无法访问库源代码，因此应用程序开发人员可能会意外发现自己无法直接实例化此类。
对象的生存期：Singleton 不能解决删除单个对象的问题。在提供内存管理的语言中（例如基于 .NET Framework 的语言），只有 Singleton 类能够导致实例被取消分配，因为它包含对该实例的私有引用。在某些语言中（如 C++），其他类可以删除对象实例，但这样会导致 Singleton 类中出现悬浮引用。
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