C#设计模式－单例模式(Singleton Pattern )

 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Printer Spooler，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

 

Singleton模式包含的角色只有一个，就是Singleton。Singleton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、程序示例

Singleton: 

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;　　
namespace Pattern.Singleton
{
　　/**//// <summary>
　　/// 泛型实现单例模式
　　/// </summary>
　　/// <typeparam name="T">需要实现单例的类</typeparam>
　　public class Singleton<T> where T : new()
　　{
　　　　/**//// <summary>
　　　　/// 返回类的实例
　　　　/// </summary>
　　　　public static T Instance
　　　　{
　　　　　　get { return SingletonCreator.instance; }
　　　　}
　　
　　　　class SingletonCreator
　　　　{
　　　　　　internal static readonly T instance = new T();
　　　　}
　　}
} 

Test: 

using System;
using System.Data;
using System.Configuration;
using System.Collections;
using System.Web;
using System.Web.Security;
using System.Web.UI;
using System.Web.UI.WebControls;
using System.Web.UI.WebControls.WebParts;
using System.Web.UI.HtmlControls;　　
using Pattern.Singleton;　　
public partial class Singleton : System.Web.UI.Page
{
　　protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
　　{
　　　　// 使用单例模式，保证一个类仅有一个实例
　　　　Response.Write(Singleton<Test>.Instance.Time);
　　　　Response.Write("<br />");
　　　　Response.Write(Singleton<Test>.Instance.Time);
　　　　Response.Write("<br />");
　　
　　　　// 不用单例模式
　　　　Test t = new Test();
　　　　Response.Write(t.Time);
　　　　Response.Write("<br />");
　　　　Test t2 = new Test();
　　　　Response.Write(t2.Time);
　　　　Response.Write("<br />");
　　}
}　　
public class Test
{
　　private DateTime _time;　　
　　public Test()
　　{
　　　　System.Threading.Thread.Sleep(3000);
　　　　_time = DateTime.Now;　　
　　}
　　
　　public string Time
　　{
　　　　get { return _time.ToString(); }
　　}
}

运行结果:

2007-2-10 22:35:11
2007-2-10 22:35:11
2007-2-10 22:35:14
2007-2-10 22:35:17   

 

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、 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.NET Framework平台优势实现Singleton模式的代码：

sealed class Singleton
{
   private Singleton();
   public static readonly Singleton Instance=new Singleton();
}

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public readonly，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，.NET Framework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 the Singleton Design Pattern》 

方法二：

既然方法一存在问题，我们还有其它办法。

public sealed class Singleton
{
  Singleton()
  {
  }

  public static Singleton GetInstance()
  {
    return Nested.instance;
  }
    
  class Nested
  {
    // Explicit static constructor to tell C# compiler
    // not to mark type as beforefieldinit
    static Nested()
    {
    }

    internal static readonly Singleton instance = new Singleton();
  }
}

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 the Singleton 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。