c#设计模式之单例模式的实现方式
场景描述
单例模式对于我们来说一点也不模式，是一个常见的名称，单例模式在程序中的实际效果就是：确保一个程序中只有一个实例，并提供一个全局访问点，节省系统资源
单例模式无论是在实际开发中还是在软件应用中比较常见，比如，windows系统的任务管理器、IIS的HttpApplication、实际项目中的日志组件等等
实现方式
单例模式为了实现一个实例，那么只有不把实例创建暴露出去，只通过类本身来创建实例，为了实现效果，需要定义一个私有构造函数
单例模式实现方式有：饿汉式、懒汉式、双重验证式、静态内部类
下面分别对每一种实现方式做一个简单的实例，以及其优缺点
饿汉式
//////创建一个Singleton类（饿汉式） ///这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。 ///优点：没有加锁，执行效率会提高。 ///缺点：类加载时就初始化，浪费内存。 ///它基于classloder机制避免了多线程的同步问题，不过，instance在类装载时就实例化， ///虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用getInstance方法， ///但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化instance显然没有达到lazyloading的效果。 /// publicclassSingleObject { //创建SingleObject的一个对象 privatestaticSingleObjectinstance=newSingleObject(); //让构造函数为private，这样该类就不会被实例化 privateSingleObject(){ Console.WriteLine("我被创建了.饿汉式"); } //获取唯一可用的对象 publicstaticSingleObjectGetInstance() { returninstance; } publicvoidShowMessage() { Console.WriteLine("HelloWorld.饿汉式"); } }
懒汉式
//////创建一个Singleton类（懒汉式） ///这种方式具备很好的lazyloading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99%情况下不需要同步。 ///优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。 ///缺点：懒汉式在单个线程中没有问题，但多个线程同事访问的时候就可能同事创建多个实例，而且这多个实例不是同一个对象。 /// publicclassSingleObject1 { //创建SingleObject的一个对象 privatestaticSingleObject1instance; //让构造函数为private，这样该类就不会被实例化 privateSingleObject1(){} //获取唯一可用的对象 publicstaticSingleObject1GetInstance() { if(instance==null) { instance=newSingleObject1(); Console.WriteLine("我被创建了.懒汉式"); } returninstance; } publicvoidShowMessage() { Console.WriteLine("HelloWorld.懒汉式"); } }
双重验证式
//////创建一个Singleton类（双重验证） ///这种方式具备很好的lazyloading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99%情况下不需要同步。 ///优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费，线程安全。 ///缺点：必须加锁synchronized才能保证单例，但加锁会影响效率。 /// publicclassSingleObject2 { //创建SingleObject的一个对象 privatestaticSingleObject2instance; //定义一个标识确保线程同步 privatestaticreadonlyobjectlocker=newobject(); //让构造函数为private，这样该类就不会被实例化 privateSingleObject2(){} //获取唯一可用的对象 publicstaticSingleObject2GetInstance() { ////如果为空，那么就加锁，创建实例 if(instance==null) { lock(locker) { ////枷锁成功后，在做一次非空判断，避免在加锁期间以创建了实例而导致重复创建 if(instance==null) { instance=newSingleObject2(); Console.WriteLine("我被创建了.双重验证"); } } } returninstance; } publicvoidShowMessage() { Console.WriteLine("HelloWorld.双重验证"); } }
静态内部类
//////创建一个Singleton类(静态内部类) ///这种方式不用加锁，在效率上和内存使用上都比较优秀 ///克服了饿汉模式的不足饿汉模式执行效率高，由于在类加载的时候初始化导致内存浪费 /// publicclassSingletonStatic { //////内部类 /// publicclassSingletonStaticInner { //////当一个类有静态构造函数时，它的静态成员变量不会被beforefieldinit修饰 ///就会确保在被引用的时候才会实例化，而不是程序启动的时候实例化 /// staticSingletonStaticInner(){} //////实例化 /// internalstaticSingletonStaticsingletonStatic=newSingletonStatic(); } //////私有构造函数 /// privateSingletonStatic(){ Console.WriteLine("我被创建了.静态内部类"); } //////获取实例 /// ///publicstaticSingletonStaticGetInstance() { returnSingletonStaticInner.singletonStatic; } publicvoidShowMessage() { Console.WriteLine("HelloWorld.静态内部类"); } }
每一种创建方式测试
创建一个控制台程序，通过多线程对每一种实现方式使用，查看其实例次数分析：
/*
介绍
意图：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。
何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。
如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。
关键代码：构造函数是私有的。
应用实例：
典型的已有应用：
1、windows的任务管理器等
2、IIS的HttpApplication，所有的HttpModule都共享一个HttpApplication实例
在项目中的实际使用场景：
1、日志组件
2、多线程线程池管理
3、网站计数器
4、配置文件管理
*/
classProgram
{
staticvoidMain(string[]args)
{
TaskFactorytaskFactory=newTaskFactory();
ListtaskList=newList();
////测试--饿汉式
for(inti=0;i<5;i++)
{
taskList.Add(taskFactory.StartNew(()=>
{
SingleObject.GetInstance();
}));
}
////测试--懒汉式
for(inti=0;i<5;i++)
{
taskList.Add(taskFactory.StartNew(()=>
{
SingleObject1.GetInstance();
}));
}
////测试--双重验证
for(inti=0;i<5;i++)
{
taskList.Add(taskFactory.StartNew(()=>
{
SingleObject2.GetInstance();
}));
}
////测试--静态内部类
for(inti=0;i<5;i++)
{
taskList.Add(taskFactory.StartNew(()=>
{
SingletonStatic.GetInstance();
}));
}
Console.ReadLine();
}
}
运行结果：
通过结果可以看出：懒汉式实际创建了2个实例，所以在多线程中，懒汉式有线程不安全问题
总结
根据单例模式是每一种实现方式对比分析，在实际使用过程中：
如果是单线程应用环境，建议可以采用懒汉模
如果是多线程应用环境，建议采用静态内部类方式
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