單例模式:C# 設計模式系列教程
1. 描述:
保證一個類僅有一個實例,並提供一個訪問它的全局訪問點。
2. 單例模式主要有3個特點,:
2.1 單例類確保自己只有一個實例。
2.2 單例類必須自己創建自己的實例。
2.3 單例類必須爲其他對象提供唯一的實例。
3. 實現方式:懶漢單例類和餓漢單例類
3.1 懶漢式單例類
對於懶漢模式,我們可以這樣理解:該單例類非常懶,只有在自身需要的時候纔會行動,從來不知道及早做好準備。它在需要對象的時候,才判斷是否已有對象,如果沒有就立即創建一個對象,然後返回,如果已有對象就不再創建,立即返回。
懶漢模式只在外部對象第一次請求實例的時候纔去創建。
3.2 餓漢式單例
對於餓漢模式,我們可以這樣理解:該單例類非常餓,迫切需要吃東西,所以它在類加載的時候就立即創建對象。
3.3 懶漢模式和餓漢模式的優缺點:
懶漢模式,它的.特點是運行時獲得對象的速度比較慢,但加載類的時候比較快。它在整個應用的生命週期只有一部分時間在佔用資源。
餓漢模式,它的特點是加載類的時候比較慢,但運行時獲得對象的速度比較快。它從加載到應用結束會一直佔用資源。
這兩種模式對於初始化較快,佔用資源少的輕量級對象來說,沒有多大的性能差異,選擇懶漢式還是餓漢式都沒有問題。但是對於初始化慢,佔用資源多的重量級對象來說,就會有比較明顯的差別了。所以,對重量級對象應用餓漢模式,類加載時速度慢,但運行時速度快;懶漢模式則與之相反,類加載時速度快,但運行時第一次獲得對象的速度慢。
從用戶體驗的角度來說,我們應該首選餓漢模式。我們願意等待某個程序花較長的時間初始化,卻不喜歡在程序運行時等待太久,給人一種反應遲鈍的感覺,所以對於有重量級對象參與的單例模式,我們推薦使用餓漢模式。
而對於初始化較快的輕量級對象來說,選用哪種方法都可以。如果一個應用中使用了大量單例模式,我們就應該權衡兩種方法了。輕量級對象的單例採用懶漢模式,減輕加載時的負擔,縮短加載時間,提高加載效率;同時由於是輕量級對象,把這些對象的創建放在使用時進行,實際就是把創建單例對象所消耗的時間分攤到整個應用中去了,對於整個應用的運行效率沒有太大影響。
4. 代碼實現:
4.1 懶漢式
public class Singleton { private static Singleton m_Instance; private Singleton() { // 將默認構造函數定義爲私有,防止外部調用它實例化別的對象 } public static Singleton GetInstance() { if (m_Instance == null) { m_Instance = new Singleton(); } return m_Instance; } }
4.2 餓漢式
// 定義爲sealed防止派生,因爲派生可能增加實例 public sealed class Singleton { private static readonly Singleton m_Instance = new Singleton(); private Singleton() { // 將默認構造函數定義爲私有,防止外部調用它實例化別的對象 } public static Singleton GetInstance() { return m_Instance; } }
5. 模式總結
5.1 優點:
防止在應用程序中實例化多個對象。這就節約了開銷,每個實例都要佔用一定的內存,創建對象時需要時間和空間。
5.2 缺點:
5.3 適用場合:
5.3.1 控制資源的使用,通過線程同步來控制資源的併發訪問;
5.3.2 控制實例產生的數量,達到節約資源的目的。
5.3.3 作爲通信媒介使用,也就是數據共享,它可以在不建立直接關聯的條件下,讓多個不相關的兩個線程或者進程之間實現通信。
5.4 對設計原則的支持:
使用單例模式最核心的一點是體現了面向對象封裝特性中的“單一職責”原則。
6. 補充: 在多線程開放過程中,對使用懶漢單例模式應防止兩個線程同時去實例化對象,這是有可能的。
6.1 使用鎖機制
public class Singleton { private static Singleton m_Instance; static readonly object o = new object(); private Singleton() { // 將默認構造函數定義爲私有,防止外部調用它實例化別的對象 } public static Singleton GetInstance() { lock (o) { if (m_Instance == null) { m_Instance = new Singleton(); } } return m_Instance; } }
使用鎖機制可以防止兩個線程同時創建對象,但這裏有個性能問題,每當一個線程訪問GetInstance()這個方法是,都要加鎖,這其實是沒必要的。
6.2 雙重鎖定
public class Singleton { private static Singleton m_Instance; static readonly object o = new object(); private Singleton() { // 將默認構造函數定義爲私有,防止外部調用它實例化別的對象 } public static Singleton GetInstance() { // 這裏增加了一個判斷實例是否存在,只有在不存在時纔給加鎖,也就是在這個實例的生命週期中只加過一次鎖 if (m_Instance == null) { lock (o) { if (m_Instance == null) { m_Instance = new Singleton(); } } } return m_Instance; } }
雙重鎖定保證了實例在它的生命週期中只被鎖定一次,因而它對性能不會有影響。
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