第一式、單例模式-Singleton模式（建立型）

1、簡介

單例模式主要用的做用是用於保證程序運行中某個類只有一個實例，並提供一個全局入口點。單例模式（Singleton）爲GOF闡述的標準24種設計模式中最簡單的一個。但隨着時間推移，GOF所闡述的單例實現已不能徹底知足實際應用。

"ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it"

2、動機（應用場景）

幾乎在每一個應用程序中，都須要有一個從中進行全局訪問和維護某種類型數據的區域。 在面向對象的 (OO) 系統中也有這種狀況，在此類系統中，在任何給定時間只應運行一個類或某個類的一組預約義數量的實例。

一、當使用某個類來維護增量計數器時，此簡單的計數器類須要跟蹤在多個應用程序領域中使用的整數值。 此類須要可以增長該計數器並返回當前的值。 對於這種狀況，所需的類行爲應該僅使用一個類實例來維護該整數，而不是使用其它類實例來維護該整數。
二、每臺計算機能夠有若干個打印機，但只能有一個Printer Spooler，避免兩個打印做業同時輸出到打印機。
三、PC機中可能有幾個串口，但只能有一個COM1口的實例。
四、系統中只能有一個窗口管理器。
5.NET Remoting中服務器激活對象中的Sigleton對象，確保全部的客戶程序的請求都只有一個實例來處理。
6.應用程序的日誌應用，通常都何用單例模式實現，這通常是因爲共享的日誌文件一直處於打開狀態，由於只能有一個實例去操做，不然內容很差追加。

3、C#實現

一、單線程實現

單線程單例模式實現/** *單例模式的單線程實現。沒法保證單線程模式下只產出惟一的一個實例。 */
Class Singleton 
{
	private static Singleton Instance;
	//將構造函數定義爲private防止該類在外部被實例化
	//如需有將此類定義可繼承的，則可將private更改成protected
	private Singleton(){}
	
	public static Singleton GetInstance()
	{
		//當處於多線程環境時，可能存在多個線程在因爲代碼執行的順序致使
		//多個線程生成多個實例，而違背該模式的初衷
		if(Instance==null)
		{
			Instance=new Singleton();
		}
		return Instance;
	}	
}

能夠說是一個標準的單例的代碼。

優勢：

• 因爲實例是在 Instance 屬性方法內部建立的，所以類可使用附加功能（例如，對子類進行實例化），即便它可能引入不想要的依賴性。

• 直到對象要求產生一個實例才執行實例化；這種方法稱爲"懶實例化"。懶實例化避免了在應用程序啓動時實例化沒必要要的 singleton。

缺點：

      多線程環境下它是不安全的。若是執行過程的不一樣線程同時進入 Instance 屬性方法，那麼可能會建立多個 Singleton 對象實例。每一個線程都會執行下列語句，並決定必須建立新的實例。

二、多線程實現

多線程單例模式實現class Singleton 
{
   //volatile關鍵字。 這應該告訴編譯器不要對代碼從新排序，而且放棄優化。確保只有在實例變量分配完成後才能訪問實例變量。
   //防止因爲編譯器優化致使代碼控制失效.
   private static volatile Singleton instance;
   //使用 syncRoot 實例來進行鎖定（而不是鎖定類型自己），以免發生死鎖。
   private static object syncRoot = new Object();
   private Singleton() {}
   public static Singleton Instance
   {
      get 
      {
 //雙重檢驗鎖定- Double-Check Locking
 // double-check locking 方法解決了線程併發問題，同時避免在每一個 Instance 屬性方法的調用中都出現獨佔鎖定。
         if (instance == null) 
         {
            lock (syncRoot) 
            {
               if (instance == null) 
                  instance = new Singleton();
            }
         }
         return instance;
      }
   }
}

 

優勢：因爲實例的產生由本身控制，能夠對非默認構造函數進行擴展、傳參等操做。

缺點：實現相對複雜

三、C#簡潔版

因爲 C# 與公共語言運行庫也提供了一種"靜態初始化"方法，這種方法不須要開發人員顯式地編寫線程安全代碼，便可解決多線程建立等問題。

 

簡潔實現1public sealed class Singleton 
{ 
   //變量標記爲 readonly，這意味着只能在靜態初始化期間（此處顯示的示例）或在類構造函數中分配變量。
   private static readonly Singleton instance = new Singleton(); 
   private Singleton(){} 
   public static Singleton Instance 
   { 
      get  
      { 
         return instance;  
      } 
   } 
} 

更簡潔的方式：

簡潔實現1public sealed class Singleton 
{ 
   public static readonly Singleton Instance = new Singleton(); 
   private Singleton(){} 
} 

 

由於靜態構造函數是屬於類的，而不屬於任何一個實例，因此這個構造函數只會被執行一次，並且是在建立此類的第一個實例或引用任何靜態成員以前，由.NET自動調用。

一、因爲靜態構造函數由.NET調用，因此不須要public和private等訪問修飾符。

二、在建立第一個類實例或任何靜態成員被引用時，.NET將自動調用靜態構造函數來初始化類。（咱們沒法調用，也不知道它什麼時候被調用）

三、靜態構造函數屬於類，構造函數屬於實例，他們並不衝突。靜態構造函數只會運行一次。

 

缺點：因爲在此解決方案中由 .NET Framework 負責執行初始化，沒法在實例化以前使用非默認的構造函數或執行其餘任務。在大多數狀況下，靜態初始化是在.NET 中實現 Singleton 的首選方法。

4、總結

單線程版、多線程版、簡潔版有各自的應用，沒有那種實現是最好的。

總結上述三種實現方法，以是否須要在建立單例實例時傳參或執行其餘任務分兩類。即：

一、不須要執行其餘任務

使用簡潔版便可以保障在單線程、多線程都能安全使用的同時，代碼量較少。

二、須要

通常狀況下，均爲單線程版。則使用單線程建立。若程序有多線程應用則應用使用雙重檢測的多線程實現。

 

 

參考文檔：

http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ff650316.aspx

http://terrylee.cnblogs.com/archive/2005/12/09/293509.html