一:动机(Motivation)
<1>在软件系统中,经常有这样一些特殊的类,必须保证它们在系统中只存在一个实例,才能确保它们的逻辑正确性、以及良好的效率。
<2>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?
<3>这应该是类设计者的责任,而不是使用者的责任。
二:意图(Intent)
保证一个类仅有一个实例,并提供一个该实例的全局访问点。
——《设计模式》GoF
三:结构(Structure)
四:结构详解
五:生活中的例子
美国总统的职位是Singleton,美国宪法规定了总统的选举,任期以及继任的顺序。这样,在任何时刻只能由一个现任的总统。无论现任总统的身份为何,其头衔"美利坚合众国总统"是访问这个职位的人的一个全局的访问点。
六:简单实现
public sealed class Singleton
{static Singleton instance = null;private Singleton(){}public static Singleton Instance{get{if (instance == null){instance = new Singleton();}return instance;}}
}
<1>对于线程来说不安全
<2>单线程中已满足要求
优点:
<1>由于实例是在 Instance 属性方法内部创建的,因此类可以使用附加功能;
<2>直到对象要求产生一个实例才执行实例化;这种方法称为“惰性实例化”。惰性实例化避免了在应用程序启动时实例化不必要的 singleton。
七:线程的安全
public sealed class Singleton
{static Singleton instance = null;public static readonly object padlock = new object();private Singleton(){}public static Singleton Instance{get{lock (padlock){if (instance == null){instance = new Singleton();}}return instance;}}
}
<1>同一个时刻加了锁的那部分程序只有一个线程可以进入;
<2>对象实例由最先进入的那个线程创建;
<3>后来的线程在进入时(instence == null)为假,不会再去创建对象实例;
<4>增加了额外的开销,损失了性能。
八:双重锁定
public sealed class Singleton
{static Singleton instance = null;public static readonly object padlock = new object();private Singleton(){}public static Singleton Instance{get{if (instance == null){lock (padlock){if (instance == null){instance = new Singleton();}}}return instance;}}
}
<1>多线程安全;
<2>线程不是每次都加锁;
<3>允许实例化延迟到第一次访问对象时发生。
九:静态初始化
public sealed class Singleton
{private static readonly Singleton instance = null;static Singleton(){instance = new Singleton();}private Singleton(){}public static Singleton Instance{get { return instance; }}
}
.Net框架静态构造函数无论何时(多线程调用时),只执行一次!
<1>依赖公共语言运行库负责处理变量初始化;
<2>公共静态属性为访问实例提供了一个全局访问点;
<3>对实例化机制的控制权较少(.NET代为实现);
<4>静态初始化是在 .NET 中实现 Singleton 的首选方法。
十:延迟初始化
public sealed class Singleton
{private Singleton(){}public static Singleton Instance{get{return Nested.instance;}}private class Nested{internal static readonly Singleton instance = null;static Nested(){instance = new Singleton();}}
}
初始化工作由Nested类的一个静态成员来完成,这样就实现了延迟初始化。
十一:注意事项
<1>Singleton模式中的实例构造器可以设置为protected以允许子类派生。
<2>Singleton模式一般不要支持ICloneable接口,因为这可能会导致多个对象实例,与Singleton模式的初衷违背。
<3>Singleton模式一般不要支持序列化,因为这也有可能导致多个对象实例,同样与Singleton模式的初衷违背。
<4>Singletom模式只考虑到了对象创建的管理,没有考虑对象销毁的管理。就支持垃圾回收的平台和对象的开销来讲,我们一般没有必要对其销毁进行特殊的管理。
十二:总结
<1>Singleton模式是限制而不是改进类的创建。
<2>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”。
<3>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。