设计模式-创建型-单例模式

来源：cnblogs　　作者：酷学大叔　　时间：2019/9/12 10:17:43　　对本文有异议

单例模式：对于类的单例模式设计，就是采取一定的方法保证在整个软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法（静态方法）。

单例模式有8种方式：

　　1、饿汉式（静态常量）

　　// 2、饿汉式（静态代码块）

　　3、懒汉式（线程不安全）

　　4、懒汉式（线程安全，同步方法）

　　5、懒汉式（线程安全，同步代码块）

　　6、双重检查double check

　　7、静态内部类

　　// 8、枚举

★饿汉式（静态常量）

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 测试
 6         Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
 7         Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton
16 {
17     /// <summary>
18     /// 1、私有化构造函数，外部不能new
19     /// </summary>
20     private Singleton()
21     {
22     }
23 
24     // 2、本类的内部创建对象实例
25     private readonly static Singleton instance = new Singleton();
26 
27     // 3、提供一个公有的静态方法，返回对象实例
28     public static Singleton getInstance()
29     {
30         return instance;
31     }
32 }

view code

　　优缺点说明：

　　　　1、优点：写法简单，就是在类状态的时候就完成了实例化，避免线程同步问题。

　　　　2、缺点：在类状态的时候完成实例化，没有达到lazy loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。

　　　　3、这种方式基于classloader机制避免了多线程的同步问题，不过，instance在类装载时就实例化，在单例模式中大多数都是调用getInstance方法，但是导致类装载的原因有很多，因此不能确定有其他的方式导致装载，这时候初始化instance就没有达到lazy loading的效果。

　　结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费。

★饿汉式（静态代码块）

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 测试
 6         Singleton instance1 = Singleton.GetInstance;
 7         Singleton instance2 = Singleton.GetInstance;
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton
16 {
17     /// <summary>
18     /// 1、私有化构造函数，外部不能new
19     /// </summary>
20     private Singleton()
21     {
22     }
23 
24     public static Singleton GetInstance { get; private set; } = new Singleton();
25 }

view code

★懒汉式（线程不安全）

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 测试
 6         Singleton1 instance1 = Singleton1.getInstance();
 7         Singleton1 instance2 = Singleton1.getInstance();
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton1
16 {
17     // 私有的静态变量
18     private static Singleton1 instance;
19 
20     /// <summary>
21     /// 1、私有化构造函数，外部不能new
22     /// </summary>
23     private Singleton1()
24     {
25     }
26 
27     /// <summary>
28     /// 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，即懒汉式
29     /// </summary>
30     /// <returns></returns>
31     public static Singleton1 getInstance()
32     {
33         if (instance == null)
34         {
35             instance = new Singleton1();
36         }
37         return instance;
38     }
39 }

view code

　　优缺点说明：

　　　　1、起到了lazy loading效果，但是只能在单线程下使用。

　　　　2、若在多线程下，一个线程进入if(singleton==null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了该判断，就会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。

　　结论：在实际开发中，不要使用这种方式。

★懒汉式（线程安全，同步方法）

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 测试
 6         Singleton3 instance1 = Singleton3.getInstance();
 7         Singleton3 instance2 = Singleton3.getInstance();
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton3
16 {
17     // 定义一个静态变量来保存类的实例
18     private static Singleton3 instance;
19 
20     // 定义一个标识确保线程同步
21     private static readonly object locker = new object();
22 
23     /// <summary>
24     /// 私有化构造函数，外部不能new
25     /// </summary>
26     private Singleton3()
27     {
28     }
29 
30     /// <summary>
31     /// 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，即懒汉式
32     /// </summary>
33     /// <returns></returns>
34     public static Singleton3 getInstance()
35     {
36         // 当第一个线程运行到这里时，此时会对locker对象 "加锁"，
37         // 当第二个线程运行该方法时，首先检测到locker对象为"加锁"状态，该线程就会挂起等待第一个线程解锁
38         // lock语句运行完之后（即线程运行完之后）会对该对象"解锁"
39         lock (locker)
40         {
41             if (instance == null)
42             {
43                 instance = new Singleton3();
44             }
45         }
46         return instance;
47     }
48 }

view code

　　优缺点说明：

　　　　1、解决了线程不安全的问题。

　　　　2、效率太低，每个线程都想获取类实例的时候，执行getInstance()时都需要进行同步，而该方法只需要执行一次实例化代码就够了，后面想获取该类的实例直接return就可以了。

　　结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式。　　　　

★懒汉式（线程安全，同步代码块）

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 测试
 6         Singleton4 instance1 = Singleton4.getInstance();
 7         Singleton4 instance2 = Singleton4.getInstance();
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton4
16 {
17     // 定义一个静态变量来保存类的实例
18     private static Singleton4 instance;
19 
20     // 定义一个标识确保线程同步
21     private static readonly object locker = new object();
22 
23     /// <summary>
24     /// 私有化构造函数，外部不能new
25     /// </summary>
26     private Singleton4()
27     {
28     }
29 
30     /// <summary>
31     /// 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，即懒汉式
32     /// </summary>
33     /// <returns></returns>
34     public static Singleton4 getInstance()
35     {
36         if (instance == null)
37         {
38             lock (locker)
39             {
40                 instance = new Singleton4();
41             }
42         }
43         return instance;
44     }
45 }

view code

　　优缺点说明：

　　　　1、这种方式本意上时对上述方式的改进，改为同步产生实例化的代码块。

　　　　2、但是这种方式没有解决线程安全问题。　　

　　结论：强烈不推荐。

★双重检查

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 测试
 6         Singleton5 instance1 = Singleton5.getInstance();
 7         Singleton5 instance2 = Singleton5.getInstance();
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton5
16 {
17     // 定义一个静态变量来保存类的实例
18     private static Singleton5 instance;
19 
20     // 定义一个标识确保线程同步
21     private static readonly object locker = new object();
22 
23     /// <summary>
24     /// 私有化构造函数，外部不能new
25     /// </summary>
26     private Singleton5()
27     {
28     }
29 
30     /// <summary>
31     /// 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，即懒汉式
32     /// </summary>
33     /// <returns></returns>
34     public static Singleton5 getInstance()
35     {
36         // 当第一个线程运行到这里时，此时会对locker对象 "加锁"，
37         // 当第二个线程运行该方法时，首先检测到locker对象为"加锁"状态，该线程就会挂起等待第一个线程解锁
38         // lock语句运行完之后（即线程运行完之后）会对该对象"解锁"
39         // 双重锁定只需要一句判断就可以了
40         if (instance == null)
41         {
42             lock (locker)
43             {
44                 if (instance == null)
45                 {
46                     instance = new Singleton5();
47                 }
48             }
49         }
50         return instance;
51     }
52 }

view code

　　结论：推荐使用。

★静态内部类

 1 internal class Program
 2 {
 3     private static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 测试
 6         Singleton2 instance1 = Singleton2.getInstance();
 7         Singleton2 instance2 = Singleton2.getInstance();
 8 
 9         Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10         Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11         Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12     }
13 }
14 
15 internal class Singleton2
16 {
17     /// <summary>
18     /// 1、私有化构造函数，外部不能new
19     /// </summary>
20     private Singleton2()
21     {
22     }
23 
24     private static class SingletonInstance
25     {
26         public readonly static Singleton2 INSTANCE = new Singleton2();
27     }
28 
29     /// <summary>
30     /// 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，即懒汉式
31     /// </summary>
32     /// <returns></returns>
33     public static Singleton2 getInstance()
34     {
35         return SingletonInstance.INSTANCE;
36     }
37 }

view code

　　优缺点说明：

　　　　1、这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。

　　　　2、静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，通过getInstance方法才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton实例化。

　　　　3、类的静态属性只会在类第一次装载的时候初始化。

　　　　4、避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高。

　　结论：推荐使用。

★枚举

　　在java中提供该方式。

C#中实现了单例模式的类：

 1 // 该类不是一个公开类
 2 // 但是该类的实现应用了单例模式
 3 internal sealed class SR
 4 {
 5     private static SR loader;
 6     internal SR()
 7     {
 8     }
 9     // 主要是因为该类不是公有，所以这个全部访问点也定义为私有的了
10      // 但是思想还是用到了单例模式的思想的
11      private static SR GetLoader()
12     {
13          if (loader == null)
14          {
15              SR sr = new SR();
16              Interlocked.CompareExchange<SR>(ref loader, sr, null);
17          }
18         return loader;
19     }
20 
21     // 这个公有方法中调用了GetLoader方法的
22     public static object GetObject(string name)
23     {
24          SR loader = GetLoader();
25          if (loader == null)
26          {
27                return null;
28          }
29          return loader.resources.GetObject(name, Culture);
30     }
31 }