单例模式

设计模式学习笔记

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一，单例模式

单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

注意：
1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

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二，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：
1、一个党只能有一个主席。
2、Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

优点：
1、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（比如管理学院首页页面缓存）。
2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：
1，扩展困难，没有接口，不能继承。
2，单例类的职责过重，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。

使用场景：
1、要求生产唯一序列号。
2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

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三，C#实现

1，懒汉模式

使用双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）
是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
描述：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。getInstance() 的性能对应用程序很关键。

class LazySingleton {        private static LazySingleton instance = null;        //程序运行时创建一个静态只读的辅助对象，用于加锁        private static readonly object syncRoot = new object();        private LazySingleton() { }        public static LazySingleton GetInstance()        {            //第一重锁，先判断实例是否存在，不存在再加锁处理            if(instance == null)            {                //加锁的程序在某一时刻只允许一个线程访问                lock (syncRoot)                {                    //第二重判断                    if(instance == null)                    {                        instance = new LazySingleton();                    }                }            }            return instance;        }    }

在多线程环境中，如果没有那个外层if，程序每次执行的时候都需要先被lock住LazySingleton类型，但实际在绝大多数情况下，运行起来的时候这个instance并不为空，每次都锁定LazySingleton类型，效率太差，这个lock很可能就成了整个应用的瓶颈。
lock内层的if部分等于组成了一个相对线程安全的实例构造小环境。
一旦唯一的一个实例在那个线程安全的“小环境”里被创建之后，后续新发起的调用都无须经过那个lock部分，直接在外层if判断之后就可获得既有的唯一实例引用。

2，饿汉模式

是否 Lazy 初始化：否
是否多线程安全：是
实现难度：易
描述：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。

class EagerSingleton    {        private static EagerSingleton instance = new EagerSingleton();        private EagerSingleton() { }        public static EagerSingleton getInstance()        {            return instance;        }    }

3，比较

饿汉式单例类：无须考虑多个线程同时访问的问题；调用速度和反应时间优于懒汉式单例；资源利用效率不及懒汉式单例；系统加载时间可能会比较长。
懒汉式单例类：实现了延迟加载；必须处理好多个线程同时访问的问题；需通过双重检查锁定等机制进行控制，将导致系统性能受到一定影响。

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四，参考资料

http://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html
https://wenku.baidu.com/view/d04c5560f46527d3240ce0b3.html
《设计模式：基于C#的工程化实现及扩展》