步步为营 .NET 设计模式学习笔记四、Singleton(单例模式)

最新推荐文章于 2019-11-22 14:38:29 发布

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CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：设计模式内存管理

原文链接：http://www.cnblogs.com/springyangwc/archive/2011/04/05/2005817.html

本文深入探讨了单例模式的设计理念，解析其实现机制并对比多种实现方式的优劣。通过网游在线人数计算的实例，展示了单例模式在实际应用中的优势与挑战。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

概述

Singleton模式要求一个类有且仅有一个实例，并且提供了一个全局的访问点。这就提出了一个问题：如何绕过常规的构造器，提供一种机制来保证一个类只有一个实例？客户程序在调用某一个类时，它是不会考虑这个类是否只能有一个实例等问题的，所以，这应该是类设计者的责任，而不是类使用者的责任。

从另一个角度来说，Singleton模式其实也是一种职责型模式。因为我们创建了一个对象，这个对象扮演了独一无二的角色，在这个单独的对象实例中，它集中了它所属类的所有权力，同时它也肩负了行使这种权力的职责！

意图

保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

模型图

逻辑模型图：

物理模型图：<Design Pattern>Singleton示例

比较:

我们先对四种方式针对它们的优缺点进行一个比较:

　　方法一：

　　public sealed class Singleton

　　{

　　private static readonly Singleton instance = new Singleton();

　　private Singleton(){}

　　public static Singleton Instance

　　{

　　get

　　{

　　return instance;

　　}

　　优点：简单明了

　　缺点：耗费资源

　　方法二：

　　public sealed class ClassicSingleton

　　{

　　private static ClassicSingleton instance;

　　private static object syncRoot = new Object();

　　private ClassicSingleton() { }

　　public static ClassicSingleton Instance

　　{

　　get

　　{

　　if (instance == null)

　　{

　　lock (syncRoot)

　　{

　　if (instance == null)

　　{

　　//...custom code

　　instance = new ClassicSingleton();

　　}

　　return instance;

　　}

　　优点：节省资源

　　缺点：代码冗长

　　方法三：

　　public sealed class Singleton

　　{

　　static Singleton(){Instance = new Singleton();}

　　private Singleton(){}

　　public static Singleton Instance{get; private set;}

　　}

　　优点：既节省资源，又简单明了

　　缺点：线程不安全

　　方法四：

　　public class Singleton

　　{

　　private static Singleton instance;

　　// Added a static mutex for synchronising use of instance.

　　private static System.Threading.Mutex mutex;

　　private Singleton() { }

　　static Singleton()

　　{

　　instance = new Singleton();

　　mutex = new System.Threading.Mutex();

　　}

　　public static Singleton Acquire()

　　{

　　mutex.WaitOne();

　　return instance;

　　}

　　// Each call to Acquire() requires a call to Release()

　　public static void Release()

　　{

　　mutex.ReleaseMutex();

　　}

　　优点：既节省资源，又简单明了，线程也安全了（一箭三雕）

　　缺点：轻微冗长

以下是我们的示例:

在玩网游时,计算玩家在线人数,因为游对有很多大区,这时我们要用到单例模式.

首先新建Example.cs:

public sealed class Example
    {
        /// <summary>
        /// 定义一个静态的Example
        /// </summary>
        private static  Example SingleExample=new Example ();
        private int SumCount = 0;
        //私有构造函数
        private Example()
        { 
        /////线程延迟2000毫秒 
        Thread.Sleep(2000); 

        }

        //析构函数，避免最终都没有执行Dispose
         ~Example()
        {
            this.Dispose();
        }
        private void Dispose()
        {
            SingleExample = null;
        }
        /// <summary>
        /// 获取Example类型
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public static Example GetExample()
        {
            if (SingleExample == null)
                SingleExample = new Example();
            return SingleExample;
        }
        /// <summary>
        /// 记数加1
        /// </summary>
        public void AddCount()
        {
            SumCount++;
        }
        /// <summary>
        /// 返回记数
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public int GetCount()
        {
            return SumCount;
        }
     
    }

然后新建CountUserComeIn.cs:

public  class CountUserComeIn
    {
        /// <summary>
        /// 用于返回信息
        /// </summary>
        public  StringBuilder strBuilder = new StringBuilder();
        public CountUserComeIn()
        { 
        
        }
        /// <summary>
        /// 调用Example
        /// </summary>
        public void GetUserComeIn()
        {
           
            Example example = Example.GetExample();
            for (int i = 1; i <= 5; i++)
            {
                example.AddCount();
                strBuilder.AppendLine("现在的大区是:" + Thread.CurrentThread.Name);
                strBuilder.AppendLine("现在共有" + example.GetCount() + "个玩家进入系统.");
            }
        }
        /// <summary>
        /// 新建三个实例
        /// </summary>
        public void Start()
        {

            Thread thread = Thread.CurrentThread;
            thread.Name = "华北区";
            Thread threadone = new Thread(new ThreadStart(GetUserComeIn));
            threadone.Name = "华东区";
            Thread threadtwo = new Thread(new ThreadStart(GetUserComeIn));
            threadtwo.Name = "华南区";
            Thread threadthree = new Thread(new ThreadStart(GetUserComeIn));
            threadthree.Name = "华中区";
            threadone.Start();
            threadtwo.Start();
            threadthree.Start();
 
            GetUserComeIn();
        }
    }

然后调用:


public partial class Run : Form
    {
        public Run()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void btnRun_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //ISaaSProcess process = new EmailEngine();
            //process.StartProcess();
            //process.StopProcess();
            //foreach (string result in process.GetResult())
            //{
            //    rtbResult.AppendText(result + "\n");
            //}

            //BuyComputer myBuy = new BuyComputer(new lenovo());
            // rtbResult.AppendText(myBuy.ShowComputerConfigure());
            //myBuy = new BuyComputer(new HP());
            // rtbResult.AppendText(myBuy.ShowComputerConfigure());
            CountUserComeIn CountUser = new CountUserComeIn();
            CountUser.Start();
            rtbResult.AppendText(CountUser.strBuilder.ToString());

        }
    }

最近显示的结果:

要注意以下三点:

实现要点

1、 Singleton模式是限制而不是改进类的创建。

2、Singleton类中的实例构造器可以设置为Protected以允许子类派生。

3、Singleton模式一般不要支持Icloneable接口，因为这可能导致多个对象实例，与Singleton模式的初衷违背。

4、Singleton模式一般不要支持序列化，这也有可能导致多个对象实例，这也与Singleton模式的初衷违背。

5、Singleton只考虑了对象创建的管理，没有考虑到销毁的管理，就支持垃圾回收的平台和对象的开销来讲，我们一般没必要对其销毁进行特殊的管理。

6、理解和扩展Singleton模式的核心是“如何控制用户使用new对一个类的构造器的任意调用”。

7、可以很简单的修改一个Singleton，使它有少数几个实例，这样做是允许的而且是有意义的。

优点

实例控制：Singleton 会阻止其他对象实例化其自己的 Singleton 对象的副本，从而确保所有对象都访问唯一实例

灵活性：因为类控制了实例化过程，所以类可以更加灵活修改实例化过程

缺点

开销：虽然数量很少，但如果每次对象请求引用时都要检查是否存在类的实例，将仍然需要一些开销。可以通过使用静态初始化解决此问题，上面的五种实现方式中已经说过了。

可能的开发混淆：使用 singleton 对象（尤其在类库中定义的对象）时，开发人员必须记住自己不能使用 new 关键字实例化对象。因为可能无法访问库源代码，因此应用程序开发人员可能会意外发现自己无法直接实例化此类。

对象的生存期：Singleton 不能解决删除单个对象的问题。在提供内存管理的语言中（例如基于 .NET Framework 的语言），只有 Singleton 类能够导致实例被取消分配，因为它包含对该实例的私有引用。在某些语言中（如 C++），其他类可以删除对象实例，但这样会导致 Singleton 类中出现悬浮引用。

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