設計模式--Singleton_(1)(C#版)

今天我們來探索一下Singleton設計模式的實現及應用場景。

Singleton模式屬於Creational Type(創建型)設計模式的一種。該模式一般用於確保在應用中僅創建一個某類的instance，在應用中的各個地方對該類的實例對象的引用均指向同一instacne。

Singleton模式的優勢：它提供了對資源的concurrent(一致)訪問，避免了創建多個實例對象，浪費記憶體空間。

Singleton模式實現準則：

1、確保僅有一個類的實例對象

2、提供對唯一實例對象的全局訪問，該規則又可細分為3條規則。

• 聲明該類的所有構造器為private
• 提供返回實例對象的引用的靜態方法
• 實例對象被存儲為類的private static欄位

下麵通過例子實現Singleton模式，在具體實現時，我們首先實現不使用Singleton模式的代碼，然後一步一步地將其改造成Singleton模式。

 1 namespace Singleton
 2 {
 3     class Program
 4     {
 5         static void Main(string[] args)
 6         {
 7             Singleton s1 = new Singleton();
 8             s1.PrintMessage("this is first message");
 9 
10             Singleton s2 = new Singleton();
11             s2.PrintMessage("this is second message");
12 
13             Console.ReadKey();
14         }
15     }
16     class Singleton
17     {
18         private static int counter = 0;
19         public Singleton()
20         {
21             counter++;
22             Console.WriteLine("這是第"+counter.ToString()+"次調用構造函數");
23         }
24         public void PrintMessage(String str)
25         {
26             Console.WriteLine(str);
27         }
28     }
29 }

運行結果如下圖：

　　可以看出，在不使用Singleton模式時，每次使用類Singleton的PrintMessage方法時，都需要創建一個新的實例對象，這造成了極大的浪費。下麵我們按照上面所說的準則將它改造成使用Singleton模式。

 1 namespace Singleton
 2 {
 3     class Program
 4     {
 5         static void Main(string[] args)
 6         {
 7             Singleton s1 = Singleton.getInstance;
 8             s1.PrintMessage("this is first message");
 9 
10             Singleton s2 = Singleton.getInstance;
11             s2.PrintMessage("this is second message");
12 
13             Console.ReadKey();
14         }
15     }
16     public sealed class Singleton
17     {
18         private static int counter = 0;
19         private static Singleton instance=null;
20 
21         public static Singleton getInstance
22         {
23             get
24             {
25                 if (instance == null)
26                     instance = new Singleton();
27                 return instance;
28             }
29         }
30         private Singleton()
31         {
32             counter++;
33             Console.WriteLine("這是第"+counter.ToString()+"次調用構造函數");
34         }
35         public void PrintMessage(String str)
36         {
37             Console.WriteLine(str);
38         }
39     }
40 }

運行結果如下圖：

　　另外，需要註意的是，不要忘了在Singleton類的聲明中添加sealed關鍵字，它確保了Singleton類不可被繼承。當Singleton類可被繼承且繼承類位於Singleton基類外部時，由於Singleton基類的構造函數聲明為private，此時運行程式會產生Singleton.Singleton()受保護級別限制不可訪問的編譯錯誤；當Singleton類可被繼承且繼承類位於Singleton基類內部構成嵌套類時，這時在main()方法中就可以創建多個繼承類的instance，這就違背了Singleton模式的設計初衷：僅能創建該類型的一個instance。

　　最後，上述代碼僅在單線程環境中運行良好，在下篇中介紹多線程環境中的實現，及Double-checked locking和lazy initialization的相關概念。