深刻淺出設計模式——單例模式（Singleton Pattern）

模式動機
對於系統中的某些類來講，只有一個實例很重要，例如，一個系統中能夠存在多個打印任務，可是隻能有一個正在工做的任務；一個系統只能有一個窗口管理器或文件系統；一個系統只能有一個計時工具或ID（序號）生成器。
如何保證一個類只有一個實例而且這個實例易於被訪問呢？定義一個全局變量能夠確保對象隨時均可以被訪問，但不能防止咱們實例化多個對象。
一個更好的解決辦法是讓類自身負責保存它的惟一實例。這個類能夠保證沒有其餘實例被建立，而且它能夠提供一個訪問該實例的方法。這就是單例模式的模式動機。

模式定義
單例模式(Singleton Pattern)：單例模式確保某一個類只有一個實例，並且自行實例化並向整個系統提供這個實例，這個類稱爲單例類，它提供全局訪問的方法。
單例模式的要點有三個：一是某個類只能有一個實例；二是它必須自行建立這個實例；三是它必須自行向整個系統提供這個實例。單例模式是一種對象建立型模式。單例模式又名單件模式或單態模式。
Singleton Pattern: Ensure a class has only one instance and provide a global point of access to it.
Frequency of use: medium high
UML圖

模式結構
單例模式包含以下角色：
Singleton：單例

模式分析
單例模式的目的是保證一個類僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點。單例模式包含的角色只有一個，就是單例類——Singleton。單例類擁有一個私有構造函數，確保用戶沒法經過new關鍵字直接實例化它。除此以外，該模式中包含一個靜態私有成員變量與靜態公有的工廠方法，該工廠方法負責檢驗實例的存在性並實例化本身，而後存儲在靜態成員變量中，以確保只有一個實例被建立。

在單例模式的實現過程當中，須要注意以下三點：
單例類的構造函數爲私有；
提供一個自身的靜態私有成員變量；
提供一個公有的靜態工廠方法。

實例：身份證號碼
在現實生活中，居民身份證號碼具備惟一性，同一我的不容許有多個身份證號碼，第一次申請身份證時將給居民分配一個身份證號碼，若是以後由於遺失等緣由補辦時，仍是使用原來的身份證號碼，不會產生新的號碼。
Singleton.cs

namespace SingletonPattern
{
    class Singleton
    {
        private static Singleton instance;
        //構造方法讓其private，這就堵死了外界利用new建立此類實例的可能
        private Singleton()
        {
        }
        //此方法是得到本類實例的惟一全局訪問點
        public static Singleton GetInstance()
        {
            //若實例不存在，則new一個新實例，不然返回已有的實例
            if (instance == null)
            {
                instance = new Singleton();
            }
            return instance;
        }
    }
}

客戶端代碼

using System;

namespace SingletonPattern
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Singleton s1 = Singleton.GetInstance();
            Singleton s2 = Singleton.GetInstance();
            if (s1 == s2)
            {
                Console.WriteLine("兩個對象是相同的實例");
            }

            Console.Read();
        }
    }
}

單例模式的優勢
 提供了對惟一實例的受控訪問。由於單例類封裝了它的惟一實例，因此它能夠嚴格控制客戶怎樣以及什麼時候訪問它，併爲設計及開發團隊提供了共享的概念。
 因爲在系統內存中只存在一個對象，所以能夠節約系統資源，對於一些須要頻繁建立和銷燬的對象，單例模式無疑能夠提升系統的性能。
 容許可變數目的實例。咱們能夠基於單例模式進行擴展，使用與單例控制類似的方法來得到指定個數的對象實例。

單例模式的缺點
 因爲單例模式中沒有抽象層，所以單例類的擴展有很大的困難。
 單例類的職責太重，在必定程度上違背了「單一職責原則」。由於單例類既充當了工廠角色，提供了工廠方法，同時又充當了產品角色，包含一些業務方法，將產品的建立和產品的自己的功能融合到一塊兒。
 濫用單例將帶來一些負面問題，如爲了節省資源將數據庫鏈接池對象設計爲單例類，可能會致使共享鏈接池對象的程序過多而出現鏈接池溢出；如今不少面嚮對象語言(如Java、C#)的運行環境都提供了自動垃圾回收的技術，所以，若是實例化的對象長時間不被利用，系統會認爲它是垃圾，會自動銷燬並回收資源，下次利用時又將從新實例化，這將致使對象狀態的丟失。

模式適用環境
在如下狀況下可使用單例模式：
 系統只須要一個實例對象，如系統要求提供一個惟一的序列號生成器，或者須要考慮資源消耗太大而只容許建立一個對象。
 客戶調用類的單個實例只容許使用一個公共訪問點，除了該公共訪問點，不能經過其餘途徑訪問該實例。
 在一個系統中要求一個類只有一個實例時才應當使用單例模式。反過來，若是一個類能夠有幾個實例共存，就須要對單例模式進行改進，使之成爲多例模式。