C#教程之设计模式--Singleton_(1)(C#版)

今天我们来探索一下Singleton设计模式的实现及应用场景。

Singleton模式属于Creational Type(创建型)设计模式的一种。该模式一般用于确保在应用中仅创建一个某类的instance，在应用中的各个地方对该类的实例对象的引用均指向同一instacne。

Singleton模式的优势：它提供了对资源的concurrent(一致)访问，避免了创建多个实例对象，浪费内存空间。

Singleton模式实现准则：

1、确保仅有一个类的实例对象

2、提供对唯一实例对象的全局访问，该规则又可细分为3条规则。

• 声明该类的所有构造器为private
• 提供返回实例对象的引用的静态方法
• 实例对象被存储为类的private static字段

下面通过例子实现Singleton模式，在具体实现时，我们首先实现不使用Singleton模式的代码，然后一步一步地将其改造成Singleton模式。

namespace Singleton
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Singleton s1 = new Singleton();
            s1.PrintMessage("this is first message");

            Singleton s2 = new Singleton();
            s2.PrintMessage("this is second message");

            Console.ReadKey();
        }
    }
    class Singleton
    {
        private static int counter = 0;
        public Singleton()
        {
            counter++;
            Console.WriteLine("这是第"+counter.ToString()+"次调用构造函数");
        }
        public void PrintMessage(String str)
        {
            Console.WriteLine(str);
        }
    }
}

运行结果如下图：

 

　　可以看出，在不使用Singleton模式时，每次使用类Singleton的PrintMessage方法时，都需要创建一个新的实例对象，这造成了极大的浪费。下面我们按照上面所说的准则将它改造成使用Singleton模式。

namespace Singleton
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Singleton s1 = Singleton.getInstance;
            s1.PrintMessage("this is first message");

            Singleton s2 = Singleton.getInstance;
            s2.PrintMessage("this is second message");

            Console.ReadKey();
        }
    }
    public sealed class Singleton
    {
        private static int counter = 0;
        private static Singleton instance=null;

        public static Singleton getInstance
        {
            get
            {
                if (instance == null)
                    instance = new Singleton();
                return instance;
            }
        }
        private Singleton()
        {
            counter++;
            Console.WriteLine("这是第"+counter.ToString()+"次调用构造函数");
        }
        public void PrintMessage(String str)
        {
            Console.WriteLine(str);
        }
    }
}

运行结果如下图：

　　另外，需要注意的是，不要忘了在Singleton类的声明中添加sealed关键字，它确保了Singleton类不可被继承。当Singleton类可被继承且继承类位于Singleton基类外部时，由于Singleton基类的构造函数声明为private，此时运行程序会产生Singleton.Singleton()受保护级别限制不可访问的编译错误；当Singleton类可被继承且继承类位于Singleton基类内部构成嵌套类时，这时在main()方法中就可以创建多个继承类的instance，这就违背了Singleton模式的设计初衷：仅能创建该类型的一个instance。

　　最后，上述代码仅在单线程环境中运行良好，在下篇中介绍多线程环境中的实现，及Double-checked locking和lazy initialization的相关概念。