C#項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)單例模式的方法有哪些？很多新手對(duì)此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來(lái)學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。
單例模式是軟件工程學(xué)中最富盛名的設(shè)計(jì)模式之一。從本質(zhì)上看，單例模式只允許被其自身實(shí)例化一次，且向外部提供了一個(gè)訪問(wèn)該實(shí)例的接口。通常來(lái)說(shuō)，單例對(duì)象進(jìn)行實(shí)例化時(shí)一般不帶參數(shù)，因?yàn)槿绻煌膶?shí)例化請(qǐng)求傳遞的參數(shù)不同的話會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題的產(chǎn)生。(若多個(gè)請(qǐng)求都是傳遞的同樣的參數(shù)的話，工廠模式更應(yīng)該被考慮)
C#中實(shí)現(xiàn)單例有很多種方法，本文將按順序介紹非線程安全、完全懶漢式、線程安全和低/高性能集中版本。
在所有的實(shí)現(xiàn)版本中，都有以下幾個(gè)共同點(diǎn)：
的、私有的且無(wú)參的構(gòu)造函數(shù)，這樣不允許外部類進(jìn)行實(shí)例化；
類是密封的，盡管這不是強(qiáng)制的，但是嚴(yán)格來(lái)講從上一點(diǎn)來(lái)看密封類能有助于JIT的優(yōu)化；
一個(gè)靜態(tài)變量應(yīng)該指向類的實(shí)例；
一個(gè)公共的靜態(tài)變量用于獲得這個(gè)類的實(shí)例(如果需要,應(yīng)該創(chuàng)建它）；
需要注意的是，本文中所有的例子中都是用一個(gè) public static Instance的變量來(lái)訪問(wèn)單例類實(shí)例，要將其轉(zhuǎn)換成公共函數(shù)是很容易的，但是這樣并不會(huì)帶來(lái)效率和線程安全上的提升。
////// Bad code！Do not use! /// public sealed class Singleton { private static Singleton instance = null; private Singleton() { } public static Singleton Instance { get { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } } }
該版本在多線程下是不安全的，會(huì)創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例，請(qǐng)不要在生產(chǎn)環(huán)境中使用！
因?yàn)槿绻麅蓚€(gè)線程同時(shí)運(yùn)行到if(instance==null)判斷時(shí)，就會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例，這是違背單例模式的初衷的。實(shí)際上在后面那個(gè)線程進(jìn)行判斷是已經(jīng)生成了一個(gè)實(shí)例，但是對(duì)于不同的線程來(lái)說(shuō)除非進(jìn)行了線程間的通信，否則它是不知道的。
重慶分公司
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public sealed class Singleton2
{
private static Singleton2 instance = null;
private static readonly object obj = new object();
private Singleton2() { }
public Singleton2 Instance
{
get
{
lock (obj)
{
if (instance == null)
{
instance = new Singleton2();
}
return instance;
}
}
}
}該版本是線程安全的。通過(guò)對(duì)一個(gè)過(guò)線程共享的對(duì)象進(jìn)行加鎖操作，保證了在同一時(shí)刻只有一個(gè)線程在執(zhí)行l(wèi)ock{}里的代碼。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程在進(jìn)行instance判斷或創(chuàng)建時(shí)，后續(xù)線程必須等待直到前一線程執(zhí)行完畢，因此保證了只有第一個(gè)線程能夠創(chuàng)建instance實(shí)例。
但不幸的是，因?yàn)槊看螌?duì)instance的請(qǐng)求都會(huì)進(jìn)行l(wèi)ock操作，其性能是不佳的。
需要注意的是，這里使用了一個(gè)private static object變量進(jìn)行鎖定，這是因?yàn)楫?dāng)如果對(duì)一個(gè)外部類可以訪問(wèn)的對(duì)象進(jìn)行鎖定時(shí)會(huì)導(dǎo)致性能低下甚至死鎖。因此通常來(lái)說(shuō)為了保證線程安全，進(jìn)行加鎖的對(duì)象應(yīng)該是private的。
Version 3 - Double-check locking的線程安全
////// Bad code ! Do not use! /// public sealed class Singleton3 { private static Singleton3 instance = null; private static object obj = new object(); private Singleton3() { } public static Singleton3 Instance { get { if (instance == null) { lock (obj) { if (instance == null) { instance = new Singleton3(); } } } return instance; } } }
該版本中試圖去避免每次訪問(wèn)都進(jìn)行加鎖操作并實(shí)現(xiàn)線程安全。然后，這段代碼對(duì)Java不起作用，因Java的內(nèi)存模型不能保證在構(gòu)造函數(shù)一定在其他對(duì)象引用instance之前完成。還有重要的一點(diǎn)，它不如后面的實(shí)現(xiàn)方式。
public sealed class Singleton4
{
private static readonly Singleton4 instance = new Singleton4();
///
/// 顯式的靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)用來(lái)告訴C#編譯器在其內(nèi)容實(shí)例化之前不要標(biāo)記其類型
///
static Singleton4() { }
private Singleton4() { }
public static Singleton4 Instance
{
get
{
return instance;
}
}
}這個(gè)版本是的實(shí)現(xiàn)非常的簡(jiǎn)單，但是卻又是線程安全的。C#的靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)只有在當(dāng)其類的實(shí)例被創(chuàng)建或者有靜態(tài)成員被引用時(shí)執(zhí)行，在整個(gè)應(yīng)用程序域中只會(huì)被執(zhí)行一次。使用當(dāng)前方式明顯比前面版本中進(jìn)行額外的判斷要快。
當(dāng)然這個(gè)版本也存在一些瑕疵：
不是真正意義上的懶漢模式(需要的時(shí)候才創(chuàng)建實(shí)例)，若單例類還存在其他靜態(tài)成員，當(dāng)其他類第一次引用這些成員時(shí)便會(huì)創(chuàng)建該instance。下個(gè)版本實(shí)現(xiàn)會(huì)修正這個(gè)問(wèn)題；
只有.NET中才具有beforefieldinit特性，即懶漢式實(shí)現(xiàn)。且在.Net 1.1以前的編譯器不支持，不過(guò)這個(gè)現(xiàn)在來(lái)看問(wèn)題不大；
所有版本中，只有這里將instance設(shè)置成了readonly,這不僅保證了代碼的高校且顯得十分短小。
public sealed class Singleton5
{
private Singleton5() { }
public static Singleton5 Instance { get { return Nested.instance; } }
private class Nested
{
//Explicit static constructor to tell C# compiler
//not to mark type as beforefieldinit
static Nested()
{
}
internal static readonly Singleton5 instance = new Singleton5();
}
}該版本看起來(lái)稍微復(fù)雜難懂，其實(shí)只是在寫(xiě)法上實(shí)現(xiàn)了上一版本的瑕疵，通過(guò)內(nèi)嵌類的方式先實(shí)現(xiàn)了只有在真正應(yīng)用Instance時(shí)才進(jìn)行實(shí)例化。其性能表現(xiàn)與上一版本無(wú)異。
public sealed class Singleton6
{
private static readonly Lazy lazy =
new Lazy(()=> new Singleton6());
public static Singleton6 Instance { get { return lazy.Value; } }
private Singleton6() { }
} 如果你使用的是.NET 4或其以上版本，可以使用System.Lazy
性能 VS 懶漢式
一般情況下，我們并不需要實(shí)現(xiàn)完全懶漢式，除非你的構(gòu)造初始化執(zhí)行了某些費(fèi)時(shí)的工作。因此一般的，我們使用顯式的靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)就能夠適用。
本文翻譯自Implementing the Singleton Pattern in C#, 作者在文中做了一些循環(huán)測(cè)試，具體的讀者可直接閱讀原文。
Exception
有時(shí)候在進(jìn)行構(gòu)造函數(shù)初始化時(shí)可能 會(huì)拋出異常，但這對(duì)整個(gè)應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)不應(yīng)該是致命的，所以可能的情況下，你應(yīng)該自己處理這種異常情況。
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