Singleton单件（创建型模式）

  下面是李建忠老师WebCast中课件内容 还有小山老师Blog中的相应内容：

模式分类
从目的来看：
– 创建型（Creational）模式：负责对象创建。
– 结构型（Structural）模式：处理类与对象间的组合。
– 行为型（Behavioral）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。

动机（Motivation）
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有一个实例？
这应该是类设计者的责任，而不是使用者的责任。

意图（Intent）
保证一个类仅有一个实例，并提供一个该实例的全局访问点。
                                                                                      ——《设计模式》GoF

结构（Structure）

 Singleton模式包含的角色只有一个，就是Singleton。Singleton拥有一个私有构造函数，确保用户无法通过new直接实例它。除此之外，该模式中包含一个静态私有成员变量instance与静态公有方法Instance()。Instance方法负责检验并实例化自己，然后存储在静态成员变量中，以确保只有一个实例被创建。（关于线程问题以及C#所特有的Singleton将在后面详细论述）。

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。
• Singletom模式只考虑到了对象创建的管理，没有考虑对象销毁的管理。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。

例子：

 public class Singleton
 {
  private static Singleton instance;
       
  private Singleton(){}

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

    return instance;
   }
  }
 }

这使得代码减少了许多，同时也解决了线程问题带来的性能上损失。那么它又是怎样工作的呢？

注意到，Singleton类被声明为sealed，以此保证它自己不会被继承，其次没有了Instance的方法，将原来_instance成员变量变成public readonly，并在声明时被初始化。通过这些改变，我们确实得到了Singleton的模式，原因是在JIT的处理过程中，如果类中的static属性被任何方法使用时，.NET Framework将对这个属性进行初始化，于是在初始化Instance属性的同时Singleton类实例得以创建和装载。而私有的构造函数和readonly(只读)保证了Singleton不会被再次实例化，这正是Singleton设计模式的意图。

不过这也带来了一些问题，比如无法继承，实例在程序一运行就被初始化，无法实现延迟初始化等。

 

多线程的例子：

public class MultileThread_Singleton
 {
   private static volatile MultileThread_Singleton instance;
      
  private static object objectHelper = new object();

  private  MultileThread_Singleton() {}

  public static MultileThread_Singleton Instance()
  {
   if(instance == null)
   {
    lock(objectHelper)
    {
     //double check
     if(instance == null)
     {
         instance = new MultileThread_Singleton();
     }

    }
   }

   return instance;
  }

 }

多线程的：

public class static_Singleton
 {
        public static readonly static_Singleton instance = new static_Singleton();
       
        private static_Singleton() {}

 }
 

这使得代码减少了许多，同时也解决了线程问题带来的性能上损失。那么它又是怎样工作的呢？

注意到，Singleton类被声明为sealed，以此保证它自己不会被继承，其次没有了Instance的方法，将原来_instance成员变量变成public readonly，并在声明时被初始化。通过这些改变，我们确实得到了Singleton的模式，原因是在JIT的处理过程中，如果类中的static属性被任何方法使用时，.NET Framework将对这个属性进行初始化，于是在初始化Instance属性的同时Singleton类实例得以创建和装载。而私有的构造函数和readonly(只读)保证了Singleton不会被再次实例化，这正是Singleton设计模式的意图。

不过这也带来了一些问题，比如无法继承，实例在程序一运行就被初始化，无法实现延迟初始化等。

// public class Static_Singleton
// {
//     public static readonly Static_Singleton instance;
//
//  static Static_Singleton()
//  {
//      instance = new Static_Singleton();
//  }
//       
//  private  Static_Singleton() {}
//
// }

在什么情形下使用单例模式：

使用Singleton模式有一个必要条件：在一个系统要求一个类只有一个实例时才应当使用单例模式。反过来，如果一个类可以有几个实例共存，就不要使用单例模式。

注意：

不要使用单例模式存取全局变量。这违背了单例模式的用意，最好放到对应类的静态成员中。

不要将数据库连接做成单例，因为一个系统可能会与数据库有多个连接，并且在有连接池的情况下，应当尽可能及时释放连接。Singleton模式由于使用静态成员存储类实例，所以可能会造成资源无法及时释放，带来问题。

Singleton模式扩展
• 将一个实例扩展到n个实例，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类例。
• 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”。