C#面試分享：單例模式

提問1：請給出單例模式的實現：

答：

public class Animal
{
    private static Animal _instance = null;
    private static readonly object _lock = new object();

    public static Animal Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                lock (_lock)
                {
                    if (_instance == null)
                    {
                        _instance = new Animal();
                    }
                }
            }
            return _instance;
        }
    }

    public string Name { get; set; } = "Animal"

    private Animal() {}
        
    public void Print()
    {
        Console.WriteLine("i am " + Name);
    }
}

提問2：繼承會破壞單例模式嗎？

分析：

說實話，當時這個問題把我給問懵了，沒有想明白麵試官想考察什麼。

下麵參考《Head First 設計模式》一書的相關問題，來做一些分析：

首先，就上文的代碼而言，子類可以繼承 Animal 嗎？

答案顯然是不能的，因為Animal的構造函數是私有(private)的。為了不破壞單例模式"唯一實例，全局訪問點"這兩個約束條件，我們把構造器改為 protected ，這樣子類就能順利繼承Animal了。

第二點，我們假定所有的子類也是單例的，所以每個子類都應該實現 Instance 這麼一個全局訪問點，以下代碼實現了繼承自 Animal 的子類 Cat 單例模式：

public class Cat : Animal
{
    private static Cat _instance = null;
    private static readonly object _lock = new object();

    public new static Cat Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                lock (_lock)
                {
                    if (_instance == null)
                    {
                        _instance = new Cat();
                    }
                }
            }
            return _instance;
        }
    }

    protected Cat()
    {
        Name = "cat";
    }
}

測試：

Animal animal = Animal.Instance;
Animal cat = Cat.Instance;

animal.Print();
cat.Print();

列印結果：

i am animal
i am animal

這種結果顯然是有問題的，原因就在於子類 Cat 的 Instance 是用 new 修飾的，cat對象調用的Instance屬性其實還是父類 Animal 的Instance屬性。

解決方法就是在父類中實現“註冊器”，提供父類及其所有子類的“全局訪問點”，以下就是修改後的父類 Animal 代碼：

public class Animal
{
    private static readonly IDictionary<Type, Animal> _dictionary = new ConcurrentDictionary<Type, Animal>();

    static Animal()
    {
        _dictionary.Add(typeof(Animal), new Animal());
    }

    public static T GetInstance<T>() where T : Animal
    {
        var type = typeof(T);
        if (!_dictionary.ContainsKey(type))
        {
            var constructors = type.GetConstructors(BindingFlags.Instance | BindingFlags.NonPublic);
            var constructor = constructors[0];
            var animal = constructor.Invoke(null) as Animal;
            _dictionary.Add(type, animal);
            return animal as T;
        }
        return _dictionary[type] as T;
    }

    public string Name { get; protected set; }

    protected Animal()
    {
        Name = "Animal";
    }
        
    public void Print()
    {
        Console.WriteLine("i am " + Name);
    }
}

Cat代碼

public class Cat : Animal
{
    protected Cat()
    {
        Name = "Cat";
    }
}

測試：

static void Main(string[] args)
{
    Animal animal = Animal.GetInstance<Animal>();
    Animal cat = Animal.GetInstance<Cat>();
    animal.Print();
    cat.Print();

    Console.ReadLine();
}

輸出：

i am Animal
i am Cat