设计模式初学者系列－单件模式

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    在一个系统中，往往有一些服务只需要它们在整个系统中存在一个实例，并且在系统的任何角落都可以访问它。这样，单件模式出现了。比如在上一篇抽象工厂模式中，在一个系统中往往只有一个工厂，这样我们可以引入单件模式来解决这个问题。
对于单件模式的定义是：只允许系统中有一个实例存在，并且为该实例提供一个全局的访问点

一、单件模式介绍以及其原版
单件模式原版例子如下：

 1public class Singleton
 2{
 3    private static Singleton _instance = null;
 4    //将构造函数设为private，防止客户代码通过new实例化对象
 5    private Singleton()
 6    {
 7    }
 8    public static Singleton CreateInstance()
 9    {
10        //这是一种Lazy Initialization，等到第一次使用的时候才消费，对
11        //内存占用大的单件类可以采用
12            if(_instance == null)
13            _instance = new Singleton();
14        return _instance;
15    }
16}

二、在多线程环境中的单件模式

    但是，这样的实现在多线程的情况下并不能保证一定是实例化一个实例。比如有两个线程现在同时在判断if(_instance == null)，这个时候它们得到的肯定都是true值，这个时候两个线程都会进入if块内，从而实例化出两个Singleton的实例

    如下改进代码：

 1public class Singleton
 2{
 3    private static Singleton _instance = null;
 4    private static readonly object lockHelper = new object();
 5    private Singleton()
 6    {
 7    }
 8    public static Singleton CreateInstance()
 9    {
10        lock(lockHelper)
11        {
12            if(_instance == null)
13                _instance = new Singleton();
14            return _instance;
15        }
16    }
17}

使用了lock之后，被lock的区块每次只允许一个线程进入，这样就保证了只实例化一个对象。但是，每次都进行判断之前都要经过lock锁定，然后一个线程进入判断_instance是否等于null，这是非常耗时的，这样就出现了double check的机制，如下：

 1public class Singleton
 2{
 3    private static Singleton _instance = null;
 4    private static readonly object lockHelper = new object();
 5    private Singleton()
 6    {
 7    }
 8    public static Singleton CreateInstance()
 9    {
10        //这样lock以及lock块内的代码只会在第一次调用CreateInstance方法的时候执行，
11        //第一次调用该方法后_instance就不再为null了,if块内的代码就无须执行了
12        if(_instance == null)
13        {
14            lock(lockHelper)
15            {
16                if(_instance == null)
17                    _instance = new Singleton();
18            }
19        }
20        return _instance;
21    }
22}

实际上在很多地方我们可以采用另外一种初始化的方式，特别对于哪些实时系统或者哪些系统随时都会用的类(比如系统配置类)，我们用另外一种实现方法就不需要考虑线程安全的问题了，它们的线程安全由.net运行时为我们作保证。

 1public class Singleton
 2{
 3    //先实例化出一个实例再说
 4    private static Singleton _instance = new Singleton();
 5        private Singleton(){}
 6    public static Singleton CreateInstance()
 7    {
 8        return _instance;
 9    }
10}

三、模式之间的关系

    在上一篇里我们讨论了抽象工厂模式，在实际应用中我们常常只允许一个系统中拥有一个工厂类。假如这个地区只有一个麦当劳餐厅，如果你的朋友询问你现在的位置，你回答说：“我在麦当劳。”那么你的朋友肯定知道你现在的方位能很快找到你。
如何向上面哪个抽象工厂的例子添加单件的实现呢？留给各位同学课后练习。

四、现实中的单件模式

    单件模式一般用在什么地方呢？

    一般我们的系统都有一个配置文件，需要一个配置类读取这个配置文件供系统使用，一个系统有且仅有一个这样类的实例，而且在系统的任何地方都可以访问到，也就是有一个全局的访问点。

 有的时候，一个桌面软件只允许启动一个实例，多次点击只打开一个窗体，特别是在主窗体是Mdi窗体的时候，还要打开子窗体，我们常常希望每一种子窗体只能一个实例（比如像word这样的），当然我们可以在点击菜单的事件处理函数里进行判断，但是如果将这种单例的保证放在子窗体里面不是更可取么，我们可以用单件模式实现，代码如下：

 1public class ChildForm : Form
 2{
 3    private static ChildForm _form;
 4    private ChildForm()
 5    {
 6        InitializeComponent();
 7    }
 8    public static ChildForm GetInstance()
 9    {
10        //注意，这里不仅仅要判断对象引用是否为null，还要判断该窗体句柄是否已经释放
11        if(_form == null && _form.IsDisposed)
12            _form = new ChildForm();
13        return _form;
14    }
15}

构造函数设为私有了，在打开这个窗体的方法里我们这样写：

ChildForm form = ChildForm.GetInstance();
form.Show();

这样就可以保证这个子窗体只显示一次了

单件设计模式是一个看起来非常容易的模式，但是其相关讨论非常多，要使用好单件模式各位同学还要查一些更多的材料。
今天的单件就到这里吧，我省略了对单件进行子类扩展的时候的内容，因为到目前为止我还没有碰到这样的情况。