c#单例模式

最新推荐文章于 2025-08-21 17:21:47 发布

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#单例模式

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本文从3W角度解析单例模式，探讨其必要性、定义及其使用方式。介绍单例模式在确保类仅有一个实例并提供全局访问点方面的应用，对比饿汉式与懒汉式单例模式，并给出线程安全的实现。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、概述

设计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。而设计模式中最常见的大概就是单例模式了，关于单例模式的文章有很多，有的已经讲得非常好了。本文试图从3W的角度来说明单例模式。

二、主要内容

1.为什么需要单例模式（why）

单例模式的存在是理所当然的。比如中国有很多皇帝，但是同一时期只能有一个皇帝，那个时期的百姓一谈皇帝就知道是说的哪一个皇帝。又比如你是一个富翁，你有很多汽车，但是某一时刻你只能从车库里拿出一辆车坐在里面，不可能坐在两辆车里，除非你有分身术。再比如画画程序的工具箱，注册表编辑器，打印程序等。用专业的话来说，就是某一个时刻，一个类只能有一个实例化的对象。

2.什么是单例模式（what）

单例模式的定义如下：“ensure a class has only one instance，and provide a global point of access to it.”（确保一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点）
关于这句话，有以下几点需要说明：
（1）单例类有且只有一个实例。说到这里，我们需要提一下静态类了。静态类是不能实例化的（任何地方都不能），它只有静态的属性和方法。静态类主要用于共享和提供通用的功能，例如提供数学计算的math类。单例模式中的类不能在类之外实例化，但是可以在类里面实例化。这也正是它为什么能够提供一个实例的原因。
（2）既然不允许外部new，那么需要将构造函数私有化。
（3）外部要能访问这个实例化的对象。很简单，我们只需要提供一个静态方法，供外部访问该实例即可。
然后我再来看类图就十分轻松了：

3.如何使用单例模式（how）

通过单例模式的定义及分析，写出单例模式的类就很容易了。

  public sealed class Singleton{
            private static readonly Singleton singleton = new Singleton ();//内部实例化一个对象
            private Singleton (){}//将构造函数私有化，防止外部创建对象
            public static Singleton getInstance(){return singleton;}//提供一个访问点
       }

我们来分析这段代码，sealed关键字是防止类派生，因为派生也可能产生出新的实例。readonly关键字表明字段只能作为声明的一部分或者构造函数中出现。当整个类被加载的时候，就会自行初始化 singleton 这个静态只读变量。也就是说，不管我们用没用到，它就已经开始存在了，而不是我们需要的时候才去实例化一个对象出来。这种方式称之为：饿汉单例模式。
如果我们再懒一点，想在需要它的时候再实例化呢？这个不难实现，只需要稍微做一下改动就好了：

public class Singleton{
            private static Singleton singleton;
            private Singleton (){}//将构造函数私有化，防止外部创建对象
            public static Singleton getInstance()//提供一个访问点
             {
               if(singleton==null)//若实例不存在则创建实例，否则返回该实例
                 {
                  singleton = new Singleton()
                 }
               return singleton;
            }
       }

这个在需要时才创建实例的方式称之为：懒汉单例模式。似乎问题解决了，但是这个是线程不安全的。在单线程下，这个没有任何问题，在多线程下面就可能会出现多个实例！原因就在于singleton==null的判断。例如线程A执行到singleton==null，发现没有实例，于是开始创建新实例，在还没创建完成的时候，线程B恰好也执行到singleton==null，也发现没有实例，于是也开始创建新实例，这样就会出现两个实例！这能叫单例模式吗？显然不能！

怎么解决呢？其实，我们可以通过给正在创建实例的线程加上一把锁，这样别的线程就无法创建新的实例了。关于lock的使用可以参考MSDN，地址如下：http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/c5kehkcz(VS.80).aspx

正确的饿汉单例模式：

public class Singleton 
    { 
        private static Singleton singleton;
        private static readonly object syncObject = new object();
        private Singleton()  { }
        public static Singleton GetInstance() 
        { 
            if (singleton == null) 
            { 
                lock (syncObject) 
                {
                    if (singleton == null) 
                    { 
                        singleton = new Singleton(); 
                    } 
                } 
            } 
            return singleton; 
        } 
    }

关于这段代码，有以下几点需要说明：

1.类中有定义了一个私有静态的只读对象 syncObject。
lock 关键字的参数必须为基于引用类型的对象，该对象用来定义锁的范围，singleton 最初为 null ，是无法实现加锁的，所以必须要一个实例化的对象即 syncObject 来定义加锁的范围。
2.在 GetInstance()中，在 if 语句中使用两次判断 singleton == null ，这叫做双重检查锁定。
先解释第二个singleton == null 的必要性，它是为了防止出现多个实例而设置的。假设线程A顺利到达第二个singleton == null，发现没有实例，于是乎开始创建实例。创建实例的时候线程B通过第一个singleton == null的判断，顺利到达lock，发现被锁住了，于是B被阻塞。当A创建实例完成后，解锁，此时B阻塞解除顺利进入，如果没有第二个singleton == null的判断，那么B就要开始创建实例了，那么就会同时存在两个实例！所以正确的做法是，线程B再次判断singleton == null，发现有实例了，于是直接返回该实例即可。
再来解释第一个singleton == null。没有第一个singleton == null的判断，程序其实是正常的，通过分析就可以知道。而问题在于，如果没有这个“多余”的判断，在多线程下，每个线程到这里都会执行加锁的操作，这是不必要的，而且是耗费性能的。
饿汉单例和懒汉单例的使用，要根据实际情况。不过引用《大话设计模式》中的一句话：“从c#语言角度来讲，饿汉式的单例类已经足够满足我们的需求了。”

附：单例模式程序例子

namespace 单例模式
{
    public sealed class singleton
    {
        private static readonly singleton sig = new singleton();
        private singleton() { }
        public static singleton GetInstance()
        {
            return sig;
        }
        public static void declare()
        {
            Console.WriteLine("我是单例模式！");
        }
    }
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            singleton sig1 = singleton.GetInstance();
            singleton sig2 = singleton.GetInstance();
            if (sig1.Equals(sig2))
                Console.WriteLine("是同一个实例！");
            else
                Console.WriteLine("不是同一个实例！");
            Console.Read();
        }
    }
}

参考文献：

1.《大话设计模式》

2《设计模式之禅》

3.《HEAD FIRST 设计模式》

3.http://blog.sina.com.cn/s/blog_48a45b950100j68w.html

4.http://www.cnblogs.com/BoyXiao/archive/2010/05/07/1729376.html?login=1（建议也看看评论，评论更精彩）

5.http://blog.youkuaiyun.com/hackbuteer1/article/details/7460019

6.http://blog.youkuaiyun.com/zhengzhb/article/details/7331369

7.http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/c5kehkcz(VS.80).aspx

8.http://www.cnblogs.com/jeffreyzhao/archive/2009/09/02/double-check-failure.html