【C#面向对象设计模式】02. Singleton单件（创建型模式）

0. 模式分类

• 从目的来看：
  • 创建型模式：负责对象创建。
  • 结构型模式：处理类与对象间的组合。
  • 行为型模式：类与对象交互中的职责分配。
• 从范围来看：
  • 类模式处理类与子类的静态关系。
  • 对象模式处理对象间的动态关系。

1. 动机

• 在软件系统中，经常有这样一些特殊的类，必须保证他们在系统中只存在一个实例，才能确保他们的逻辑正确性、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有一个实例？
• 这应该是类设计者的责任，而不是使用者（客户程序）的责任。

2. 意图

保证一个类仅有一个实例，并且提供一个该实例的全局访问点。实际上是对实例个数的控制。

3. 结构

4. 单线程Singleton模式实现

public class Singleton
{private static Singleton instance;private Singleton() { }public static Singleton Instance{get{if (instance == null){instance = new Singleton();}return instance;}}
}

5. 单线程Singleton模式的几个要点

• Singleton模式中的实例构造器可以设置为protected以允许子类派生。
• Singleton模式一般不要支持ICloneable接口，因为这可能会导致多个对象实例，与Singleton模式的初衷违背。
• Singleton模式一般不要支持序列化，因为这也有可能导致多个对象实例，同样与Singleton模式的初衷违背。
• Singleton模式只考虑到了对象创建的管理，没有考虑到对象销毁的管理。就支持垃圾回收的平台和对象的开销来讲，我们一般没有必要对其销毁进行特殊的管理。
• 不能应对多线程环境，在多线程环境下，使用Singleton模式仍然有可能得到Singleton类的多个实例对象。

6. 多线程Singleton模式实现

public class Mul_Singleton
{private static volatile Mul_Singleton instance = null;//volatile 可以保证编译不会对代码进行微调，非常严格的执行代码private static object lockHelper = new object();//辅助语句，只是为了满足lock的需要private Mul_Singleton() { }public static Mul_Singleton Instance{get{if(instance == null){lock(lockHelper)//double check{if (instance == null){instance = new Mul_Singleton();}}}return instance;}}
}

class Static_Singleton
{public static readonly Static_Singleton instance = new Static_Singleton();//.NET的机制导致了静态构造器不可能有多线程执行private Static_Singleton() { }//也能实现多线程,但只能适用于构造器无参的情况
}

public class Mul_Singleton
{//多线程带参private static volatile Mul_Singleton instance = null;private static object lockHelper = new object();private Mul_Singleton(int x, int y) {this.x = x;this.y = y;}public static Mul_Singleton GetInstance(int x, int y){get{if(instance == null){lock(lockHelper)//double check{if (instance == null){instance = new Mul_Singleton(x, y);}else{instance.x = x;instance.y = y;}}}return instance;}}
}

7. Singleton模式扩展

• 将一个实例扩展到n个*（固定个数）*实例，例如对象池的实现。
• 将new构造器的调用转移到其他类中，例如多个类协同工作环境中，某个局部环境只需要拥有某个类的一个实例。
• 理解和扩展Singleton模式的核心是“如何控制用户使用new对一个类的实例构造器的任意调用”。

8. .NET框架中的Singleton引用

MyClass c1 = new MyClass();
MyClass c2 = new MyClass();Type t1 = c1.GetType();
Type t2 = c2.GetType();Console.WriteLine(t1==t2);
//类型相同，只会有一个实例