单例模式

1：什么是单例模式
单例模式的定义是一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。
2：为什么要用到单例
Singleton模式主要作用是保证在应用程序中，一个类Class只有一个实例存在。在很多操作中，比如建立目录 数据库连接都需要这样的单线程操作。一些资源管理器常常设计成单例模式。一些外部资源：譬如每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler,以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干个通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口被两个请求同时调用。内部资源，譬如，大多数的软件都有一个（甚至多个）属性文件存放系统配置。这样的系统应当由一个对象来管理这些属性文件。
3：为什么不使用静态方法而使用单例
静态方法是基于对象，单例是面向对象的，如果一个方法和它所在的类的实例对象无关，仅仅是提供一个功能处理，那么它就应该是静态的。如果我们确实应该使用非静态的方法，但是在创建类时又确实只需要维护一份实例时，就需要用单例模式了。静态方法没有生命周期，更多的是作为工具，来进行中间处理。当我们要获得如一些配置信息等，这些信息是在应用程序的生命周期中一直存在的，并且只需要一份这样的信息，那么这时就要使用单例。
4：单例的优缺点
缺点：
● 单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现。单例模式为什么不能增加接口呢？因为接口对单例模式是没有任何意义的，它要求“自行实例化”，并且提供单一实例、接口或抽象类是不可能被实例化的。当然，在特殊情况下，单例模式可以实现接口、被继承等，需要在系统开发中根据环境判断。
● 单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行测试的，没有接口也不能使用mock的方式虚拟一个对象。
● 单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单例的，是不是要单例取决于环境，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中
优点：
● 由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁地创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显。
● 由于单例模式只生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后用永久驻留内存的方式来解决（在Java EE中采用单例模式时需要注意JVM垃圾回收机制）。
● 单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件动作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作。
● 单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。
5：单例的使用场景
● 要求生成唯一序列号的环境；
● 在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据，例如一个Web页面上的计数器，可以不用把每次刷新都记录到数据库中，使用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的；
● 创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源；
● 需要定义大量的静态常量和静态方法（如工具类）的环境，可以采用单例模式（当然，也可以直接声明为static的方式）。
6：单例模式的通用形式

public sealed class Singleton{    private static readonly Singleton instance = new Singleton();private Singleton()    {    }public static Singleton GetInstance    {        get        {            return instance;        }    }}

这种写法是线程安全的。
7：单例的简单写法

 public class SingleTon    {        private static SingleTon single;        private SingleTon()        {         }        public static SingleTon GetInstance()        {            if (single==null)            {                single = new SingleTon();                           }            return single;        }    }

这种写法是最简单的，但是也是线程不安全的，使用起来要特别注意，为什么说是线程不安全的呢，我们可以做一个测试：

using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;using System.Threading;namespace SingleMode{    class Program    {        static void Main(string[] args)        {            Console.WriteLine("*********测试线程安全情况*********");            Thread threed1 = new Thread(Main2);            Thread threed2 = new Thread(Main3);            threed1.Start();            threed2.Start();            Console.ReadKey();        }        public static void Main2()        {            SingleTon2 single;            single= SingleTon2.GetInstance();           // single.setAge(30);            Console.WriteLine(single.Age+"Main2");        }        public static void Main3()        {            SingleTon2 single;            single = SingleTon2.GetInstance();           // single.setAge(40);            Console.WriteLine(single.Age+"Main3");        }    }    public class SingleTon2    {        private static SingleTon2 single;        private int age;        public static SingleTon2 GetInstance()        {            if (single == null)            {                single = new SingleTon2();                         }            return single;        }        private SingleTon2()        {//在这里主要用来判断多线程下是否被多次实例化            age = (new Random()).Next(20,60);            Console.WriteLine(age + "test");        }        public void setAge(int a)        {            age = a;        }        public int Age { get { return age; } private set { age = value; } }    }  }

在多次测试下的结果为


我们发现第二次实例化被执行了两次，这显然不是我们想看到的，所以这种是线程不安全的。
8：单例的简单线程安全的写法

public sealed class Singleton{    private static Singleton instance = null;    private static readonly object plock = new object();   private Singleton()    {    }    public static Singleton GetInstance    {        get        {            lock (plock)            {                if (instance == null)                {                    instance = new Singleton();                }                return instance;            }        }    }}

这个线程在共享的object上取出了一把锁，然后在创建实例以前检查这个实例是否被创建了。这个保护了内存屏障问题（lock保证了所有的读取操作是在LOCK获得以后发生的，所有的unlock保证了所有的写操作在lock 释放以后发生的），这样就保证了一个线程只能创建一个实例（每次只有一个线程在这段代码中运行）.