C#面试分享：单例模式

提问1：请给出单例模式的实现：

答：

public class Animal
{
    private static Animal _instance = null;
    private static readonly object _lock = new object();
    public static Animal Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                lock (_lock)
                {
                    if (_instance == null)
                    {
                        _instance = new Animal();
                    }
                }
            }
            return _instance;
        }
    }
    public string Name { get; set; } = "Animal"
    private Animal() {}
        
    public void Print()
    {
        Console.WriteLine("i am " + Name);
    }
}

提问2：继承会破坏单例模式吗？

分析：

说实话，当时这个问题把我给问懵了，没有想明白面试官想考察什么。

下面参考《Head First 设计模式》一书的相关问题，来做一些分析：

首先，就上文的代码而言，子类可以继承 Animal 吗？

答案显然是不能的，因为Animal的构造函数是私有(private)的。为了不破坏单例模式"唯一实例，全局访问点"这两个约束条件，我们把构造器改为 protected ，这样子类就能顺利继承Animal了。

第二点，我们假定所有的子类也是单例的，所以每个子类都应该实现 Instance 这么一个全局访问点，以下代码实现了继承自 Animal 的子类 Cat 单例模式：

public class Cat : Animal
{
    private static Cat _instance = null;
    private static readonly object _lock = new object();
    public new static Cat Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                lock (_lock)
                {
                    if (_instance == null)
                    {
                        _instance = new Cat();
                    }
                }
            }
            return _instance;
        }
    }
    protected Cat()
    {
        Name = "cat";
    }
}

测试：

Animal animal = Animal.Instance;
Animal cat = Cat.Instance;
animal.Print();
cat.Print();

打印结果：

i am animal
i am animal

这种结果显然是有问题的，原因就在于子类 Cat 的 Instance 是用 new 修饰的，cat对象调用的Instance属性其实还是父类 Animal 的Instance属性。

解决方法就是在父类中实现“注册器”，提供父类及其所有子类的“全局访问点”，以下就是修改后的父类 Animal 代码：

public class Animal
{
    private static readonly IDictionary<Type, Animal> _dictionary = new ConcurrentDictionary<Type, Animal>();
    static Animal()
    {
        _dictionary.Add(typeof(Animal), new Animal());
    }
    public static T GetInstance<T>() where T : Animal
    {
        var type = typeof(T);
        if (!_dictionary.ContainsKey(type))
        {
            var constructors = type.GetConstructors(BindingFlags.Instance | BindingFlags.NonPublic);
            var constructor = constructors[0];
            var animal = constructor.Invoke(null) as Animal;
            _dictionary.Add(type, animal);
            return animal as T;
        }
        return _dictionary[type] as T;
    }
    public string Name { get; protected set; }
    protected Animal()
    {
        Name = "Animal";
    }
        
    public void Print()
    {
        Console.WriteLine("i am " + Name);
    }
}

Cat代码

public class Cat : Animal
{
    protected Cat()
    {
        Name = "Cat";
    }
}

测试：

static void Main(string[] args)
{
    Animal animal = Animal.GetInstance<Animal>();
    Animal cat = Animal.GetInstance<Cat>();
    animal.Print();
    cat.Print();
    Console.ReadLine();
}

输出：

i am Animal
i am Cat