【23种设计模式】单例模式（一）

致我逝去的青春 · 发表于 2023-8-26 18:03:36

前言：

　　单例模式是创建型模式5种中的第1种，关注对象的创建，保证一个类仅有一个实例，并且提供一个全局访问点。在软件系统中，经常有这样一些特殊的类，必须保证它们在系统中只存在一个实例，才能确保它们的逻辑正确性、以及良好的效率。如何绕过常规的构造器，提供一种机制来保证一个类只创建一个实例？
一、应用场景：

要求生产唯一序列号。
WEB 中的计数器，比如不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
创建的多个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

二、创建与实现：

以下提供两种情景实现方式，分别是单线程访问和多线程访问：
单线程实现：

定义：

public class SingleObject
{
#region 第一种写法
/// <summary>
/// 创建 SingleObject 的一个对象
/// </summary>
private static SingleObject instance = new SingleObject();
/// <summary>
/// 让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
/// </summary>
private SingleObject() { }
/// <summary>
/// 获取全局唯一对象
/// </summary>
/// <returns></returns>
public static SingleObject getInstance()
{
return instance;
}
#endregion
#region 另外一种写法
/// <summary>
/// 创建 SingleObject 的一个空对象
/// </summary>
private static SingleObject instance2 = null;
/// <summary>
/// 获取全局唯一对象
/// </summary>
public static SingleObject getInstance2
{
get
{
if (instance == null)
{
instance = new SingleObject();
}
return instance2;
}
}
#endregion
/// <summary>
/// 单例中定义的方法
/// </summary>
/// <returns></returns>
public string showMessage()
{
return "这是单例设计模式返回的信息....";
}
}

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全局单例访问：

//不合法的构造函数
//编译时错误：构造函数 SingleObject() 是不可见的
//SingleObject object = new SingleObject();
/// <summary>
/// 获取唯一可用的对象
/// </summary>
SingleObject object = SingleObject.getInstance();
/// <summary>
/// 调用返回消息
/// </summary>
string str = object.showMessage();

复制代码

说明：以上代码在单线程情况下不会出现任何问题。但是在多线程的情况下却不是安全的。如两个线程同时运行到：

if (instance == null)

复制代码

判断是否被实例化，一个线程判断为True后，在进行创建

instance = new Singleton();

复制代码

之前，另一个线程也判断(instance == null)，结果也为True。这样就就违背了Singleton模式的原则，保证一个类仅有一个实例。
多线程实现：

定义：

class Singleton
{
/// <summary>
/// 请注意一个关键字volatile，如果去掉这个关键字，还是有可能发生线程不是安全的。
/// </summary>
private static volatile Singleton instance = null;
/// <summary>
///创建一个静态锁
/// </summary>
private static object lockHelper = new object();
private Singleton() { }
public static Singleton getSingleton
{
get
{
if (instance == null)
{
lock (lockHelper)
{
if (instance == null)
{
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
}

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说明：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）。此程序对多线程是安全的，使用了一个辅助对象lockHelper，保证只有一个线程创建实例，如果instance为空，保证只有一个线程创建唯一的一个实例。

instance = new Singleton();

复制代码

（Double Check)请注意一个关键字volatile，如果去掉这个关键字，还是有可能发生线程不是安全的。volatile 保证严格意义的多线程编译器在代码编译时对指令不进行微调。
三、优缺点分析：

优点:

在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理首页页面缓存）。
避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点:

没有接口，既不能继承，又与单一职责原则冲突。一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

来源:https://www.cnblogs.com/wml-it/archive/2023/08/26/17659188.html
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