小菜学习设计模式（二）—单例（Singleton）模式

前言

设计模式目录：

• 小菜学习设计模式（一）—模板方法（Template）模式
• 小菜学习设计模式（二）—单例（Singleton）模式
• 小菜学习设计模式（三）—工厂方法（Factory Method）模式
• 小菜学习设计模式（四）—原型（Prototype）模式
• 小菜学习设计模式（五）—控制反转（Ioc）
• 持续更新中。。。

本篇目录：

• 简单实现

• 线程安全

• 后记

　　单例模式（Singleton）可以说是最简单的模式，对.net来说，因为不需要考虑到垃圾回收机制，实现起来很简单，但是对于没有提供内存管理的平台来说，比如C++，因为单例模式只考虑创建对象，所以使用的时候要考虑全面些。

　　其实说到些设计模式，我们有时候用到的真的很少，就像飞机零部件的模具不适用于汽车制造一样，某些设计模式也只在特定的环境下使用，单例模式的使用场景一般是资源管理器等，像说的最多的就是打印机场景：每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干传真卡，但是只应该有一个软件负责管理传真卡，以避免出现两份传真作业同时传到传真卡中的情况。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。说白点就是一个男人可以有很多女朋友，但是结婚生子的只能是其中一个。一夫多妻的情况就不是单例模式了，那应该是“多态”了。哈哈。

简单实现

　　单例模式（Singleton）在.net中的定义是：一个类有且仅有一个实例，并且自行实例化向整个系统提供。

　　从定义中我们可以看出，单例模式所具有的三个要点：

• 某个类只能有一个实例
• 必须自行创建这个实例
• 必须自行向整个系统提供这个实例

　　根据所说的要点，我们可以在.net中这样简单的实现：

    public class SingletonTest
    {
        public static SingletonTest model;
        private SingletonTest()
        { }
        public static SingletonTest getSingleton()
        {
            if (model==null)
            {
                model = new SingletonTest();
            }
            return model;
        }
    }

 　　代码就这么简单，在getSingleton()方法返回实例的时候要先判断对象是否已经被实例化，如果是就不需要重新创建了。

线程安全

　　上面的代码看起来没什么问题，但是在多线程的情况下就会出现问题，我们来开几个线程测试下：

    public class SingletonTest
    {
        public static SingletonTest model;
        private SingletonTest()
        { }
        public static SingletonTest getSingleton()
        {
            if (model==null)
            {
                Console.WriteLine(String.Format("我是被线程：{0}创建的！", Thread.CurrentThread.Name));
                model = new SingletonTest();
            }
            return model;
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Program p1 = new Program();
            p1.Test();
            Console.ReadLine();
        }

        private void Test()
        {
            Thread newThread;
            ThreadStart ts = new ThreadStart(DoWork);
            for (int counter = 1; counter < 6; counter++)
            {
                newThread = new Thread(ts);
                newThread.Name = "蟋蟀" + counter;
                newThread.Start();
            }
        }

        protected void DoWork()
        {
            //调用返回对象方法
            SingletonTest.getSingleton();
        }
    }

　　执行结果：

　　根据上图的执行结果，会发现SingletonTest对象被实例化了2次，按照单例模式（Singleton）的特性：一个类只能有一个实例，那就不是单例模式了，为什么会实例化两次呢？因为我们的计算机执行速度很快，在某一个时间点，线程1在执行完if (model==null)这段代码，还没执行model = new SingletonTest()，线程2刚好执行判断对象是否null，就是说线程1和线程2都会进入下面的if判断体中实例化对象。

　　关于单例模式的线程安全问题，网上一找一大堆，在《漫谈设计模式》这本书中，作者也提到了线程安全问题，java中是使用的是“Double-Check Locking”方法，还有序列化的问题，这边先不考虑，其实在.net中解决线程安全的问题也很简单，就是用lock锁，我们根据上面的代码，再来修改下，然后做个测试：

    public class SingletonTest
    {
        private static SingletonTest singleton;
        private static readonly object syncObject = new object();
        /// <summary>
        /// 构造函数必须是私有的
        /// 这样在外部便无法使用 new 来创建该类的实例
        /// </summary>
        private SingletonTest()
        { }
        /// <summary>
        /// 定义一个全局访问点
        /// 设置为静态方法
        /// 则在类的外部便无需实例化就可以调用该方法
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public static SingletonTest getSingleton()
        {
            //这里可以保证只实例化一次
            //即在第一次调用时实例化
            //以后调用便不会再实例化
            //第一重 singleton == null
            if (singleton == null)
            {
                lock (syncObject)
                {
                    //第二重 singleton == null
                    if (singleton == null)
                    {
                        Console.WriteLine(String.Format("我是被线程：{0}创建的！", Thread.CurrentThread.Name));
                        singleton = new SingletonTest();
                    }
                }
            }
            return singleton;
        }
    }

 　　执行结果：

　　从上面的执行结果我们就可以看到，对象仅被实例化了一次，在某段代码体中，只能有且只有一个线程访问，加锁的目的就好比：我们去火车站售票大厅买票，因为买票的人太多，为了缓解压力，就多开了几个售票窗口（线程），比如南京到徐州的G110次列车只有一张票，窗口A和窗口B的人同时都在买这一班次的票，这时候就要加锁，不然就有可能会出现只有一张票，但是卖出去两张。话题跑偏了，哈哈。

　　示例代码下载：Singleton.rar

后记

　　关于模式，再多说两句，在某些情况下，像上面所说的：模式可以看成现实生活中的模具，有些产品（项目）是由一种模具（模式）生成出来的，比如杯子、瓶子等，有些产品（项目）是由多种模具（模式）生成出来，然后组合而成的，比如汽车、飞机等，是由成千上万个零部件组合形成的。就是说学会模式后要会懂得组合，而且要“合适”的组合，这样才会做出一个完善的产品（项目）。

　　还是那就话：骚年们，和小菜一起整理学习吧，未完待续。。。