設計模式 - 單例模式

時間 2019-11-29

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單例模式

含義：保證一類僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點

優缺點：

優勢：
- 確保全部對象都訪問一個實例
- 節省內存，避免頻繁地建立、銷燬對象
- 避免對共享資源的多重佔用
缺點：
- 違背了"單一職責原則"
- 可擴展性差

實現過程：

保證單一實例：建立private static類型的對象instance，其爲空時才new實例化建立
全局訪問點：建立public類GetInstance()方法用於全局訪問instance，並擔當檢測、new instance的責任

概念圖：

代碼實現：

//單例類：
class Singleton
{
    //私有化的構造函數
    private Singleton() { Console.WriteLine("This is a SingleObject"); }

    //單一的實例  
    private static Singleton instance;         
 
    //全局訪問點
    public  static Singleton GetInstance()
    {
        //若是實例爲空，則new一個新實例
        if (instance == null)
        {
            instance = new Singleton();
            Console.WriteLine("Create a new Instance");
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("Get a Instance");                           
        }
        return instance;
    }
}

//測試類：
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Singleton s1 =  Singleton.GetInstance2();
        Singleton s2 =  Singleton.GetInstance2();

        /* OUT:
         This is a SingleObject
         Create a new Instance
         Get a Instance
        */
    }
}

單例模式分類

根據new關鍵字實例化單例的前後順序，可把單例模式分爲餓漢式單例、懶漢式單例：html

餓漢式：開始時就實例化instance設計模式

優勢：線程安全（由於instance是static類型）
缺點：無論是否使用對象，開始時就實例化並佔用了空間。即空間換時間

懶漢式：須要時才實例化instance安全

優勢：資源利用率高。即時間換空間
缺點：多線程下存在隱患

//餓漢式：開始時就實例化instance
public class Singleton 
{  
    private Singleton (){} 
    private static Singleton instance = new Singleton();  
     
    public static Singleton getInstance() 
    {  
        return instance;  
    }  
}

//懶漢式：須要時才實例化instance
//上一段代碼同爲懶漢式
public class Singleton 
{   
    private Singleton (){} 
    private static Singleton instance;  
     
    public static Singleton getInstance() 
    {  
        if (instance == null) 
            instance = new Singleton();  
        return instance;  
    }  
}

多線程中的單例

在上述懶漢式單例中，若多個線程同時進行到if (instance == null)，則所有檢測經過，也就會形成多線程下建立了多個實例，即 多線程不安全。所以須要對多線程下的單例模式進行調整，實現線程安全，方法是 lock機制：多線程

//餓漢式 + 線程安全 + 單鎖
class Singleton
{
    private Singleton() {}
    private static Singleton instance;       
    
    //靜態只讀對象用於輔助實現lock
    private static readonly object locker = new object();

    public static Singleton GetInstance()
    {
        //lock機制：確保一個線程位於該臨界區時，其餘線程不可再進入，直至當前線程訪問完畢
        lock (locker)
        {
            if (instance == null)
                instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

雖然加了lock鎖實現了懶漢模式下的線程安全，但咱們不難發現一個問題：若已經存在instance實例，在執行Getinstance()時還有必要lock{}嗎？顯然不須要，lock的使用必然是消耗必定空間的，所以爲了節省lock的空間，採用更優解法：雙重鎖定（Double-Check-Locking）：函數

//餓漢式 + 線程安全 + 雙鎖
class Singleton
{
    private Singleton() {}
    private static Singleton instance;       
    
    //靜態只讀對象用於輔助實現lock
    private static readonly object locker = new object();

    public static Singleton GetInstance()
    {
        //首次檢驗：是否須要加鎖
        if(instance == null)
        {
            //爲當前線程加鎖
            lock (locker)
            {
                //再次檢驗：避免當前線程實例化instance後，下一個線程再次實例
                if (instance == null)
                    instance = new Singleton();
            }
            return instance;
        }
    }
}