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  • C#教程之【朝花夕拾】設計模式之單例模式

  • 2019-04-13 18:57 來源:未知

魔兽世界新手法师怎么升级: 單例模式簡介

魔兽世界wow www.geyjm.icu 單例模式是GOF 23個設計模式中最簡單的模式了,它提供了一種創建唯一對象的最佳實現,注意此處的簡單只是表述和意圖很簡單,但是實現起來,尤其是實現一個優美的單例模式卻沒有那么簡單。

單例模式歸根結底就是要確保一個類只有一個實例,并提供一個全局方式來訪問該實例。具體而言,這種模式涉及到一個類,并由這個類創建自己的對象,同時確保只有單個對象被創建,并提供唯一一種方式來訪問該對象的實例。

在現實生活中,單例的場景有很多,比如一夫一妻制(當然不道德的除外),比如一個部門只有一個領導等等。

單例模式UML類圖

danli_thumb[2]

 如上圖所示:

1、單例類只能有一個實例。

2、單例類必須自己創建自己的唯一實例。

3、單例類必須給所有其他對象提供這一實例。

4、構造函數是私有的。

范例

Double-Check

我們先看一個非常流行而又簡單的實現

   1:  public sealed class Singleton
   2:  {
   3:      private static Singleton instance = null;
   4:      private static readonly object padlock = new object();
   5:   
   6:      private Singleton()
   7:      {
   8:      }
   9:   
  10:      public static Singleton Instance
  11:      {
  12:          get
  13:          {
  14:              if (instance == null)
  15:              {
  16:                  lock (padlock)
  17:                  {
  18:                      if (instance == null)
  19:                      {
  20:                          instance = new Singleton();
  21:                          //Do a heavy task
  22:                      }
  23:                  }
  24:              }
  25:              return instance;
  26:          }
  27:      }
  28:  }

上述解決方案上,使用到了Double-Check方式,Double-Check方式可以說是盛名已久了,線程A與線程B在Null Check時同時通過,但是在Lock時,只能進入一個線程,其他線程都要等著。

這種方式在Java中編寫單例模式的時候是失效的,具體原因我沒有去深究。這一塊內存屏障技術(Memory Barrier),不過這段涉及到底層操作,一般很難有人會顯式操作,而且這段的控制異常復雜。另外一點就是,如果單例過程中操作的是一個數組或者其他對象,那么在實例化后如果需要進行賦值等運算操作的,那么其他線程在進行Null Check的時候就不會再次進入,如果其他線程調用了這個單例對象的某個屬性,這極有可能出現難以預測的bug。

單例模式加載數據到內存,那么如果我們需要在使用的時候再去加載到內存,而不是一開始就加載到內存,這樣可以節省內存空間。接下來我們看一下如何通過懶加載方式實現單例模式。

靜態類

采用靜態類實現單例模式,這并不是一種完全的懶加載,但依然是線程安全的
   1:  public sealed class Singleton
   2:  {
   3:      private static readonly Singleton instance = new Singleton();
   4:   
   5:      static Singleton()
   6:      {
   7:   
   8:      }
   9:   
  10:      private Singleton()
  11:      {
  12:   
  13:      }
  14:   
  15:      public static Singleton Instance
  16:      {
  17:          get
  18:          {
  19:              return instance;
  20:          }
  21:      }
  22:  }

C#中的靜態構造函數僅在創建類的實例或引用靜態成員時執行,并且每個AppDomain只執行一次,因為每次都需要對新構造的類型執行這種檢查,所以這種方式要比Double-Check方式更快。然而,也有一些問題:

  • 它不像其他實現那樣懶惰。尤其是,如果您有實例以外的靜態成員,那么對這些成員的第一個引用將涉及創建實例。這將在下一個實現中得到糾正。
  • 如果一個靜態構造函數調用另一個靜態構造函數,而另一個靜態構造函數再次調用第一個靜態構造函數,則會出現復雜情況。需要注意,靜態構造函數在一個循環中相互引用的后果。
  • 只有當類型沒有被[beforefieldinit]標記時,.NET才能保證類型初始值設定項的惰性。不幸的是,C編譯器(至少在.NET 1.1運行時中提供)將沒有靜態構造函數的所有類型(即看起來像構造函數但被標記為靜態的塊)標記為beforefieldinit。需要注意beforefieldinit會影響性能,beforefieldinit的具體用法可以參見MSDN。

對于這個實現,許多人更喜歡擁有一個屬性,以防將來需要進一步的操作,并且JIT內聯可能使性能相同。另外有一種快捷方式就是,可以將實例設置為公共的靜態只讀變量,不設置為屬性,這樣代碼的基本框架會顯得非常小。(注意,如果需要惰性,靜態構造函數本身仍然是必需的。)

內部類

采用內部類,這是一種完全的懶加載。

   1:  public sealed class Singleton
   2:  {
   3:      private Singleton()
   4:      {
   5:   
   6:      }
   7:   
   8:      public static Singleton Instance { get { return Nested.instance; } }
   9:   
  10:      private class Nested
  11:      {
  12:          static Nested()
  13:          {
  14:          
  15:          }
  16:   
  17:          internal static readonly Singleton instance = new Singleton();
  18:      }
  19:  }

在這里,嵌套類的靜態成員在第一次引用的時候會進行實例化操作,并且該引用只在實例中發生。這意味著實現是完全懶惰的,但具有前一個實現的所有性能優勢。請注意,盡管嵌套類可以訪問內部類的私有成員,但反過來卻不是,因此需要在此處對實例進行內部訪問。不過,這并不會引發任何問題,因為類本身是私有的。不過此處貌似顯得有點復雜。

Lazy

那么有沒有其他方式優雅而又安全的實現單例模式呢,答案是有的,那就是通過Lazy方式,Lazy方式可以擁有更高的性能,因為實例只有在使用的時候才會真正創建對象,這就在很大程度上減少了內存的占用,當然,比較如果是比較簡單的單例創建,可以忽略這條不利影響。

Lazy自帶Double-Check,是線程安全的,他就像一個盾牌,在創建過程中,不管是創建簡單對象還是復雜對象,都不會允許其他線程使用尚未創建完成的對象,更多的Lazy使用,請參考MSDN。

   1:  public sealed class Singleton
   2:  {
   3:      private Lazy<Singleton> lazy;
   4:   
   5:      public Singleton Instance { get { return lazy.Value; } }
   6:   
   7:      public string Name{get;set;}
   8:   
   9:      public Singleton()
  10:      {
  11:          lazy = new Lazy<Singleton>(InitializeSingleton);
  12:      }
  13:   
  14:      private Singleton InitializeSingleton()
  15:      {
  16:          Singleton singleton = new Singleton();
  17:          singleton.Name="Test";
  18:          return singleton;
  19:      }
  20:  }

單例模式優缺點

優點:

全局范圍內只有一個實例,避免了內存消耗,以及實例頻繁的創建和銷毀

避免了對資源的多重占用,比如獨占式場景中

 

缺點:

一旦對象指向的外部環境發生了變化,比如在網絡調用、MQ等場景中一般可以可以采用單例,但是這里需要提醒的是,如果DNS發生異常,在異常期間將會出現極難修復的情況,除非手動重啟并指向新的域服務器

這一點有點違反單一職責原則,通常情況下,一個類應該只關注自身邏輯而不是創建對象

沒有接口,無法繼承

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