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[ASP.net教程]单例模式的独特之处


单例模式三种写法:

第一种最简单,但没有考虑线程安全,在多线程时可能会出问题

public class Singleton{  private static Singleton _instance = null;  private Singleton(){}  public static Singleton CreateInstance()  {    if(_instance == null)    {      _instance = new Singleton();    }    return _instance;  }}

第二种考虑了线程安全,是正规写法,经典的一叉

 

public class Singleton{  private volatile static Singleton _instance = null;  private static readonly object lockHelper = new object();  private Singleton(){}  public static Singleton CreateInstance()  {    if(_instance == null)    {      lock(lockHelper)      {        if(_instance == null)           _instance = new Singleton();      }    }    return _instance;  }}

第三种可能是C#这样的高级语言特有

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

 


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、 程序举例:

该程序演示了Singleton的结构,本身不具有任何实际价值。

// Singleton pattern -- Structural example using System;// "Singleton"class Singleton{ // Fields private static Singleton instance; // Constructor protected Singleton() {} // Methods public static Singleton Instance() {  // Uses "Lazy initialization"  if( instance == null )   instance = new Singleton();  return instance; }}/// <summary>/// Client test/// </summary>public class Client{ public static void Main() {  // Constructor is protected -- cannot use new  Singleton s1 = Singleton.Instance();  Singleton s2 = Singleton.Instance();  if( s1 == s2 )   Console.WriteLine( "The same instance" ); }}

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、 Singleton模式在实际系统中的实现

下面这段Singleton代码演示了负载均衡对象。在负载均衡模型中,有多台服务器可提供服务,任务分配器随机挑选一台服务器提供服务,以确保任务均衡(实际情况比这个复杂的多)。这里,任务分配实例只能有一个,负责挑选服务器并分配任务。

// Singleton pattern -- Real World example using System;using System.Collections;using System.Threading;// "Singleton"class LoadBalancer{ // Fields private static LoadBalancer balancer; private ArrayList servers = new ArrayList(); private Random random = new Random(); // Constructors (protected) protected LoadBalancer() {  // List of available servers  servers.Add( "ServerI" );  servers.Add( "ServerII" );  servers.Add( "ServerIII" );  servers.Add( "ServerIV" );  servers.Add( "ServerV" ); } // Methods public static LoadBalancer GetLoadBalancer() {  // Support multithreaded applications through  // "Double checked locking" pattern which avoids  // locking every time the method is invoked  if( balancer == null )  {   // Only one thread can obtain a mutex   Mutex mutex = new Mutex();   mutex.WaitOne();   if( balancer == null )    balancer = new LoadBalancer();   mutex.Close();  }  return balancer; } // Properties public string Server {  get  {   // Simple, but effective random load balancer   int r = random.Next( servers.Count );   return servers[ r ].ToString();  } }}/// <summary>/// SingletonApp test/// </summary>///public class SingletonApp{ public static void Main( string[] args ) {  LoadBalancer b1 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();  LoadBalancer b2 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();  LoadBalancer b3 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();  LoadBalancer b4 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();  // Same instance?  if( (b1 == b2) && (b2 == b3) && (b3 == b4) )   Console.WriteLine( "Same instance" );  // Do the load balancing  Console.WriteLine( b1.Server );  Console.WriteLine( b2.Server );  Console.WriteLine( b3.Server );  Console.WriteLine( b4.Server ); }}

六、 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。

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

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。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。