單例模式

時間 2021-05-11

標籤安全多線程併發高併發性能測試 spa 線程設計 code 欄目系統安全简体版

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什麼是單例模式？

保證一個類只有一個實例，並提供一個全局變量來訪問這個實例，這就是單例模式，單例模式屬於對象建立型模式。安全

單例模式的幾個要素

類只能有一個實例
這個實例必須由該類自己建立
該類必須向整個系統提供該實例的訪問權限

單例模式的結構

單例模式的實現

class Singleton
{
    private static Singleton s_Instance;

    //私有構造方法，防止外部實例化
    private Singleton() { }

    public static Singleton GetInstance()
    {
        if (s_Instance == null)
            s_Instance = new Singleton();

        return s_Instance;
    }
}

測試代碼多線程

static void Main()
{
    var s1 = Singleton.GetInstance();
    var s2 = Singleton.GetInstance();
    if (object.ReferenceEquals(s1, s2))
        Console.WriteLine($"s1 s2兩個實例是相同的");
    Console.ReadKey();
}

結果
併發

餓漢式單例與懶漢式單例

餓漢式單例(最簡單的單例)

class EagerSingleton
{
    //類加載時執行
    private static EagerSingleton s_Instance = new EagerSingleton();

    private EagerSingleton() { }

    public static EagerSingleton GetInstance()
    {
        return s_Instance;
    }
}

懶漢式單例

//懶漢式單例與餓漢式單例不一樣的在於：懶漢式單例在第一次被引用時將本身實例化(類被加載時不會實例化自身)
class LazySingleton
{
    private static LazySingleton s_Instance;

    //私有構造方法，防止外部實例化
    private LazySingleton() { }

    public static LazySingleton GetInstance()
    {
        if (s_Instance == null)
            s_Instance = new LazySingleton();

        return s_Instance;
    }
}

懶漢式單例的線程安全問題

在高併發多線程的環境下運行懶漢式單例的代碼，會出如今某一時刻存在多個線程同時訪問GetInstance方法，可能會建立多個實例，違背了單例模式的設計意圖。高併發

修改懶漢式單例代碼使其線程安全性能

class LazySingleton
{
    private static readonly object s_LockObj = new object();

    private static LazySingleton s_Instance;

    //私有構造方法，防止外部實例化
    private LazySingleton() { }

    public static LazySingleton GetInstance()
    {
        if (s_Instance == null)
        {
            //加鎖使程序在某一時刻只容許一個線程訪問
            lock (s_LockObj)
            {
                if (s_Instance == null)
                    s_Instance = new LazySingleton();
            }
        }

        return s_Instance;
    }
}

爲何要雙重校驗

當實例不存在，而且多個線程同時調用GetInstance方法，此時它們都能經過第一重"s_Instance == null"的判斷，此時只會有一個線程進入lock塊執行建立代碼，若是不進行第二次的"s_Instance == null"判斷，當第一個線程建立完實例離開後，第二個線程進入lock塊，因爲第二個線程並不知道實例已經被建立，將繼續建立新的實例，仍是會產生多個實例對象。測試