C#   单例(Singleton)模式

来源:互联网 发布:客户生日提醒软件 编辑:程序博客网 时间:2024/06/01 07:54

主要摘自

http://zhenyulu.cnblogs.com/articles/37246.html

 

一、 单例(Singleton)模式

单例模式的特点:

·        单例类只能有一个实例。

·        单例类必须自己创建自己的唯一实例。

·        单例类必须给所有其它对象提供这一实例。

单例模式应用:

·        每台计算机可以有若干个打印机,但只能有一个PrinterSpooler,避免两个打印作业同时输出到打印机。

·        一个具有自动编号主键的表可以有多个用户同时使用,但数据库中只能有一个地方分配下一个主键编号。否则会出现主键重复。


二、 Singleton模式的结构:

http://images.cnblogs.com/cnblogs_com/zhenyulu/Pic52.gif

Singleton模式包含的角色只有一个,就是SingletonSingleton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)。


三、 程序举例:

该程序演示了Singleton的结构,本身不具有任何实际价值。

http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gif// Singleton pattern -- Structural example  
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gif
using System;
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gif// "Singleton"
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gif
class Singleton
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif{
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  
// Fields
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
  private static Singleton instance;
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  
// Constructor
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockStart.gif
  protected Singleton() {}
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  
// Methods
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
  public static Singleton Instance()
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockStart.gif  {
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
// Uses "Lazy initialization"
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
    ifinstance == null )
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif      instance 
new Singleton();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
return instance;
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockEnd.gif  }
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockEnd.gif}
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif/// 
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
/// Client test
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockEnd.gif
/// 
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gifpublic class Client
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif{
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  
public static void Main()
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockStart.gif  {
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
// Constructor is protected -- cannot use new
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
    Singleton s1 Singleton.Instance();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    Singleton s2 Singleton.Instance();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
ifs1 == s2 )
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif      Console.WriteLine( "The same instance" );
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockEnd.gif  }
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockEnd.gif}

1)首先,该Singleton的构造函数必须是私有的,以保证客户程序不会通过new()操作产生一个实例,达到实现单例的目的;

  2)因为静态变量的生命周期跟整个应用程序的生命周期是一样的,所以可以定义一个私有的静态全局变量instance来保存该类的唯一实例;

  3)必须提供一个全局函数访问获得该实例,并且在该函数提供控制实例数量的功能,即通过if语句判断instance是否已被实例化,如果没有则可以同new()创建一个实例;否则,直接向客户返回一个实例。


四、 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。


五、 Singleton模式在实际系统中的实现

下面这段Singleton代码演示了负载均衡对象。在负载均衡模型中,有多台服务器可提供服务,任务分配器随机挑选一台服务器提供服务,以确保任务均衡(实际情况比这个复杂的多)。这里,任务分配实例只能有一个,负责挑选服务器并分配任务。

http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gif// Singleton pattern -- Real World example  
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gif

http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gifusing System;
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gifusing System.Collections;
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gifusing System.Threading;
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gif// "Singleton"
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gif
class LoadBalancer
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif{
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  
// Fields
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
  private static LoadBalancer balancer;
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  
private ArrayList servers new ArrayList();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  
private Random random new Random();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  
// Constructors (protected)
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
  protected LoadBalancer()
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockStart.gif  {
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
// List of available servers
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
    servers.Add( "ServerI" );
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    servers.Add( "ServerII" );
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    servers.Add( "ServerIII" );
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    servers.Add( "ServerIV" );
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    servers.Add( "ServerV" );
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockEnd.gif  }
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  
// Methods
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
  public static LoadBalancer GetLoadBalancer()
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockStart.gif  {
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
// Support multithreaded applications through
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    // "Double checked locking" pattern which avoids
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    // locking every time the method is invoked
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
    ifbalancer == null )
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockStart.gif    {
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif      
// Only one thread can obtain mutex
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
      Mutex mutex new Mutex();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif      mutex.WaitOne();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif      
ifbalancer == null )
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif        balancer 
new LoadBalancer();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif      mutex.Close();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockEnd.gif    }
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
return balancer;
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockEnd.gif  }
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  
// Properties
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
  public string Server
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockStart.gif  {
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
get
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockStart.gif    {
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif      
// Simple, but effective random load balancer
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
      int random.Next( servers.Count );
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif      
return servers[ ].ToString();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockEnd.gif    }
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockEnd.gif  }
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockEnd.gif}
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif/// 
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
/// SingletonApp test
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
/// 
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockEnd.gif
///
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gifpublic class SingletonApp
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif{
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  
public static void Main( string[] args )
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockStart.gif  {
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    LoadBalancer b1 LoadBalancer.GetLoadBalancer();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    LoadBalancer b2 LoadBalancer.GetLoadBalancer();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    LoadBalancer b3 LoadBalancer.GetLoadBalancer();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    LoadBalancer b4 LoadBalancer.GetLoadBalancer();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
// Same instance?
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
    if(b1 == b2) && (b2 == b3) && (b3 == b4) )
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif      Console.WriteLine( "Same instance" );
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
// Do the load balancing
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
    Console.WriteLine( b1.Server );
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    Console.WriteLine( b2.Server );
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    Console.WriteLine( b3.Server );
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    Console.WriteLine( b4.Server );
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockEnd.gif  }
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockEnd.gif}



六、 C#中的Singleton模式

C#的独特语言特性决定了C#拥有实现Singleton模式的独特方法。这里不再赘述原因,给出几个结果:

方法一:

下面是利用.NETFramework平台优势实现Singleton模式的代码:

http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gifsealed class Singleton
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif{
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif   
private Singleton();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif   
public static readonly Singleton Instance=new Singleton();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockEnd.gif}

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publicreadonly,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,.NETFramework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。
(摘自:http://www.cnblogs.com/huqingyu/archive/2004/07/09/22721.aspx 

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。

详细情况可以参考微软MSDN文章:Exploring theSingleton Design Pattern

方法二:

既然方法一存在问题,我们还有其它办法。

http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/None.gifpublic sealed class Singleton
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockStart.gif{
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  Singleton()
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockStart.gif  {
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockEnd.gif  }
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  
public static Singleton GetInstance()
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockStart.gif  {
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
return Nested.instance;
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockEnd.gif  }
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif  
class Nested
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockStart.gif  {
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
// Explicit static constructor to tell C# compiler
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    // not to mark type as beforefieldinit
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
    static Nested()
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockStart.gif    {
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockEnd.gif    }
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/InBlock.gif    
internal static readonly Singleton instance new Singleton();
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedSubBlockEnd.gif  }
http://zhenyulu.cnblogs.com/Images/OutliningIndicators/ExpandedBlockEnd.gif}

这实现了延迟初始化,并具有很多优势,当然也存在一些缺点。详细内容请访问:Implementing theSingleton Pattern in C#。文章包含五种Singleton实现,就模式、线程、效率、延迟初始化等很多方面进行了详细论述。

 

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