單例模式(Singleton Pattern)

• 單例模式概述

定義：確保一個類只有一個實例，並提供一個全局訪問點來訪問這個實例

簡單的說，就是你有且只有一個女朋友(有多個女朋友的模式不是這裡~~)，並且你的女朋友很特殊，從來只聽你的話，所以別人想和她交流(訪問她)就必須通過你(全局訪問點)來和她交流。

系統中用到單例模式的地方很多，比如Windows系統點擊開始只能出現一個開始界面，Ctrl+Alt+. 只能出現一個資源管理器，每個進程有且對應唯一一個進程ID等等。單例模式是為了讓資源得到最大化利用，不浪費資源。同時假如不採用此模式，就可能在不同時刻打開同一個界面，但界面中的內容又各不相同，因而用戶極易產生誤解，影響使用效率。因此單例模式在系統中的應用非常重要。

要點：a.某一個單例類只能有一個實例；

　　　   b.必須自行創建這個實例；

　　　   c.必須向系統提供這個實例;

• 單例模式的結構與實現

結構： 

1. 我們考慮一個問題，每一個類都會有它的預設構造函數，或者我們重寫一個構造函數，這個函數都是在創建這個類的實例的時候自動調用的。即對對象進行初始化操作。所以我們每次new的時候都會有一個新的對象，當然這是不符合單例模式的要求的。因此為了滿足單例模式的要求，就必須對類中的函數進行修改，怎麼修改呢，一步一步來(個人覺得這個理解還是挺重要的)。
   1. 1. 首先，我們類的實例化不能在外部進行(單例類自行提供這個實例)，即不能每次new都調用構造函數，因此將構造函數設為private類型
      2. 既然構造函數是private的，那怎麼樣調用呢？？通過公有方法可以調用private函數，返回實例
      3. 看到這裡，或許有人就有疑問了，公有方法(public ... ....)是在類的對象生成後才可以調用的，但是對象的創建又必須通過構造函數，而這裡構造函數又必須通過公有方法調用，不就形成了一個雞生蛋，蛋孵雞的問題了嗎？？好了，誰先誰後，我們先辯論下吧.....其實，靜態方法的使用，能很好的解決這個問題，將公有方法(函數)設為靜態方法，我們就能通過類名.方法名去調用它，繼而調用私有構造函數，產生對象。
      4. 再有，單例模式創建的女朋友只能是一個，那又怎麼確定呢？怎麼確定你的女朋友是唯一的而且你沒有偷換呢？(~~皮一下)，我們就要為這個單例類添加一個變數了，用來確認是否唯一，由於創建的整個入口是靜態公有方法，所以在那時就要判斷是否唯一了，如果該單例類有了一個女朋友，判斷後便不再創建，如果當前沒有，則分配一個。而靜態成員函數可以直接訪問類的靜態數據和函數成員，而訪問非靜態成員，必須通過對象名，這有陷入雞和蛋的問題里了，所以，該變數設為靜態變數就很方便了，它也滿足為整個類服務的特性。
      5. 總結下步驟 ：(1)私有構造函數；(2)公有方法調用私有函數；(3)設為靜態方法；(4)添加靜態變數;(5)根據變數數判斷是否生成女朋友(唯一的對象)；
2. 上圖中：↓↓↓↓↓
3. Singleton(單例)，在單例類的內部創建它的唯一實例
4. Getinstance(靜態方法)，通過它產生唯一實例
5. instance(靜態變數)，判斷是否可以產生實例

 實現:

 1 using System;
 2 using System.Collections.Generic;
 3 using System.Linq;
 4 using System.Text;
 5 
 6 namespace Singleton
 7 {
 8     class Singleton
 9 {
10     private static Singleton instance = null;//靜態私有成員變數
11     
12     //私有構造函數
13     private Singleton()
14     {
15         Console.WriteLine("恭喜你，獲得一個女朋友~~");
16     }
17     
18     //靜態公有方法，返回實例
19     public static Singleton Getinstance()
20     {
21         if(instance == null)//沒女朋友
22             instance = new Singleton();//生成一個吧
23         return instance;//有就返回當前的，
24     }
25 }
26     class Program
27     {
28         static void Main(string[] args)
29         {
30             Singleton s1 = Singleton.Getinstance();
31             Singleton s2 = Singleton.Getinstance();
32             if (s1 == s2)
33             {
34                 Console.WriteLine("怎麼能想要共有一個女朋友呢？S2 趕緊換一個吧...");
35             }
36         }
37     }
38 }

 結果：

•  餓漢式單例和懶漢式單例

 剛看到這兩個單例的名字時還是有點好笑的，如此這麼生動形象呢，就好像餓漢式單身(連溫飽都滿足不了，何來女朋友呢)，懶漢式(好吃懶做的，也很難...)不亂扯了，回主題。餓漢式單例正如餓漢一樣，很餓很餓的人最想要的就是立即馬上吃東西。因此餓漢式單例在定義靜態變數時就實例化了單例類，因為實在太餓了啊，等不及了。

 1 class EagetSingleton
 2 {
 3     private static EagetSingleton instance = new EagetSingleton();//靜態變數實例化單例類
 4     
 5     private EagetSingleton(){}
 6     
 7     public static EagetSingleton GetInstance()
 8     {
 9         return instance;
10     }
11 }

懶漢式單例類則是在類第一次被引用時將自己實例化，單例類被載入時不會實例化，所以這很符合懶漢的氣質~但是在這裡要註意的是，在定義靜態變數時沒有實例化單例類，而是在第一次調用靜態方法時實例化單例類，這就會產生問題，高併發，多線程實現懶漢式單例時會創建多個對象，從而違背了單例模式的設計意圖。也就是還是要對女朋友的個數進行判斷。這要怎麼辦呢？在多線程的情況下，就要對該代碼段進行控制，即每次只讓一個線程進入並創建實例，也就是相當於現在的“共用女友”，幫你拍照啊，陪你去看電影啊 ，巴拉巴拉。但是，該“共用女友”有且只有一個，即單例類的唯一實例。所以，土豪們(各個線程)得一個一個租用，上一個用完了下一個才能租用。因此代碼如下：

 1 class LazytSingleton
 2 {
 3     private static LazytSingleton instance = null;
 4     private static readonly object synRoot = new object();//看做一個門。
 5     //程式運行時創建只讀輔助對象
 6         
 7     private LazytSingleton(){}
 8     
 9     public static LazytSingleton GetInstance()
10     {
11         if(instance == null)//在房間外問：房間里有人嗎 ？ 沒人回應 ，可能沒，可能下一秒有人進去 ，我卻以為沒人
12         {
13             lock(synRoot)//第二次判斷 //把門關了，外麵線程進不來，只能裡面的出來，外面的才能進
14             {
15                 if(instance == null)//繼續問，房間里有人嗎？  有就真的有，沒有就真的沒
16                 {
17                     instance = new LazytSingleton();//創建實例
18                 }
19             }
20         }
21     }
22 }

二者比較：

• 餓漢式單例

優點：無需考慮多線程同時訪問的問題，確保實例唯一性。調用速度和反應時間快於懶漢模式，因為餓漢一開始就創建，後面則直接拿來用就可以了。

缺點：不管單例對象是否需要，都會在類載入時創建，這樣不如懶漢式單例，資源利用不高，且載入時間較長。如啟動VS，Eclipse等，需要loading許多可能要的可能不要的，要等啊...

• 懶漢式單例

優點：第一次使用時創建，不會一直占用資源，即延遲載入。

缺點：必須考慮多線程問題，特別是單例類作為資源控制器時，會涉及資源初始化，也會耗費許多時間，也會出現多線程同時首次引用此類，造成擁堵，導致系能性能降低

•  單例模式的優缺點和適用環境

•  單例模式的優點

1. 提供唯一實例的受控訪問，可以嚴格控制何時訪問
2. 由於只存在一個對象，可以節省系統資源
3. 如果將單例模式的實例數目變為可變，即將單例模式進行擴展，即可獲得指定數目的實例對象，即節省資源，又提高效率(相當於多例類)

• 單例模式的缺點

1. 沒有抽象層，擴展有較大困難
2. 單例類職責過重，一定程度上違背了單一職責原則(單例類即提供業務方法，又提供了創建對象的方法(工廠方法)，對象創建和對象本身耦合在了一起)
3. C#、JAVA 擁有GC(自動垃圾回收機制) (可以去瞭解下) ，在實例化的對象長時間不被利用，會被誤認為垃圾進行自動銷毀，下次利用又要重新創建，導致共用的單例對象丟失(女朋友丟了可不好受啊..)

• 單例模式的適用環境

1. 在系統只要一個實例對象(man只要一個girlfriend)/(資源管理器).....
2. 客戶調用類的單個實例只允許使用一個公共訪問點，除了該點外，不允許其他途徑來訪問實例