c#設(shè)計(jì)模式之單例模式的實(shí)現(xiàn)方式
場景描述
單例模式對于我們來說一點(diǎn)也不模式,是一個常見的名稱,單例模式在程序中的實(shí)際效果就是:確保一個程序中只有一個實(shí)例,并提供一個全局訪問點(diǎn),節(jié)省系統(tǒng)資源
單例模式無論是在實(shí)際開發(fā)中還是在軟件應(yīng)用中比較常見,比如,windows系統(tǒng)的任務(wù)管理器、IIS的HttpApplication、實(shí)際項(xiàng)目中的日志組件等等
實(shí)現(xiàn)方式
單例模式為了實(shí)現(xiàn)一個實(shí)例,那么只有不把實(shí)例創(chuàng)建暴露出去,只通過類本身來創(chuàng)建實(shí)例,為了實(shí)現(xiàn)效果,需要定義一個私有構(gòu)造函數(shù)
單例模式實(shí)現(xiàn)方式有:餓漢式、懶漢式、雙重驗(yàn)證式、靜態(tài)內(nèi)部類
下面分別對每一種實(shí)現(xiàn)方式做一個簡單的實(shí)例,以及其優(yōu)缺點(diǎn)
餓漢式
/// <summary> /// 創(chuàng)建一個 Singleton 類(餓漢式) /// 這種方式比較常用,但容易產(chǎn)生垃圾對象。 ///優(yōu)點(diǎn):沒有加鎖,執(zhí)行效率會提高。 ///缺點(diǎn):類加載時就初始化,浪費(fèi)內(nèi)存。 ///它基于 classloder 機(jī)制避免了多線程的同步問題,不過,instance 在類裝載時就實(shí)例化, ///雖然導(dǎo)致類裝載的原因有很多種,在單例模式中大多數(shù)都是調(diào)用 getInstance 方法, ///但是也不能確定有其他的方式(或者其他的靜態(tài)方法)導(dǎo)致類裝載,這時候初始化 instance 顯然沒有達(dá)到 lazy loading 的效果。 /// </summary> public class SingleObject { //創(chuàng)建 SingleObject 的一個對象 private static SingleObject instance = new SingleObject(); //讓構(gòu)造函數(shù)為 private,這樣該類就不會被實(shí)例化 private SingleObject() { Console.WriteLine("我被創(chuàng)建了.餓漢式"); } //獲取唯一可用的對象 public static SingleObject GetInstance() { return instance; } public void ShowMessage() { Console.WriteLine("Hello World.餓漢式"); } }
懶漢式
/// <summary> /// 創(chuàng)建一個 Singleton 類(懶漢式) /// 這種方式具備很好的 lazy loading,能夠在多線程中很好的工作,但是,效率很低,99% 情況下不需要同步。 /// 優(yōu)點(diǎn):第一次調(diào)用才初始化,避免內(nèi)存浪費(fèi)。 /// 缺點(diǎn):懶漢式在單個線程中沒有問題,但多個線程同事訪問的時候就可能同事創(chuàng)建多個實(shí)例,而且這多個實(shí)例不是同一個對象。 /// </summary> public class SingleObject1 { //創(chuàng)建 SingleObject 的一個對象 private static SingleObject1 instance; //讓構(gòu)造函數(shù)為 private,這樣該類就不會被實(shí)例化 private SingleObject1() { } //獲取唯一可用的對象 public static SingleObject1 GetInstance() { if (instance == null) { instance = new SingleObject1(); Console.WriteLine("我被創(chuàng)建了.懶漢式"); } return instance; } public void ShowMessage() { Console.WriteLine("Hello World.懶漢式"); } }
雙重驗(yàn)證式
/// <summary> /// 創(chuàng)建一個 Singleton 類(雙重驗(yàn)證) /// 這種方式具備很好的 lazy loading,能夠在多線程中很好的工作,但是,效率很低,99% 情況下不需要同步。 /// 優(yōu)點(diǎn):第一次調(diào)用才初始化,避免內(nèi)存浪費(fèi),線程安全。 /// 缺點(diǎn):必須加鎖 synchronized 才能保證單例,但加鎖會影響效率。 /// </summary> public class SingleObject2 { //創(chuàng)建 SingleObject 的一個對象 private static SingleObject2 instance; // 定義一個標(biāo)識確保線程同步 private static readonly object locker = new object(); //讓構(gòu)造函數(shù)為 private,這樣該類就不會被實(shí)例化 private SingleObject2() { } //獲取唯一可用的對象 public static SingleObject2 GetInstance() { //// 如果為空,那么就加鎖,創(chuàng)建實(shí)例 if (instance == null) { lock (locker) { //// 枷鎖成功后,在做一次非空判斷,避免在加鎖期間以創(chuàng)建了實(shí)例而導(dǎo)致重復(fù)創(chuàng)建 if (instance == null) { instance = new SingleObject2(); Console.WriteLine("我被創(chuàng)建了.雙重驗(yàn)證"); } } } return instance; } public void ShowMessage() { Console.WriteLine("Hello World.雙重驗(yàn)證"); } }
靜態(tài)內(nèi)部類
/// <summary> /// 創(chuàng)建一個 Singleton 類(靜態(tài)內(nèi)部類) /// 這種方式不用加鎖,在效率上和內(nèi)存使用上都比較優(yōu)秀 /// 克服了餓漢模式的不足餓漢模式執(zhí)行效率高,由于在類加載的時候初始化導(dǎo)致內(nèi)存浪費(fèi) /// </summary> public class SingletonStatic { /// <summary> /// 內(nèi)部類 /// </summary> public class SingletonStaticInner { /// <summary> /// 當(dāng)一個類有靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)時,它的靜態(tài)成員變量不會被beforefieldinit修飾 /// 就會確保在被引用的時候才會實(shí)例化,而不是程序啟動的時候?qū)嵗? /// </summary> static SingletonStaticInner() { } /// <summary> /// 實(shí)例化 /// </summary> internal static SingletonStatic singletonStatic = new SingletonStatic(); } /// <summary> /// 私有構(gòu)造函數(shù) /// </summary> private SingletonStatic() { Console.WriteLine("我被創(chuàng)建了.靜態(tài)內(nèi)部類"); } /// <summary> /// 獲取實(shí)例 /// </summary> /// <returns></returns> public static SingletonStatic GetInstance() { return SingletonStaticInner.singletonStatic; } public void ShowMessage() { Console.WriteLine("Hello World.靜態(tài)內(nèi)部類"); } }
每一種創(chuàng)建方式測試
創(chuàng)建一個控制臺程序,通過多線程對每一種實(shí)現(xiàn)方式使用,查看其實(shí)例次數(shù)分析:
/* 介紹 意圖:保證一個類僅有一個實(shí)例,并提供一個訪問它的全局訪問點(diǎn)。 主要解決:一個全局使用的類頻繁地創(chuàng)建與銷毀。 何時使用:當(dāng)您想控制實(shí)例數(shù)目,節(jié)省系統(tǒng)資源的時候。 如何解決:判斷系統(tǒng)是否已經(jīng)有這個單例,如果有則返回,如果沒有則創(chuàng)建。 關(guān)鍵代碼:構(gòu)造函數(shù)是私有的。 應(yīng)用實(shí)例: 典型的已有應(yīng)用: 1、windows的任務(wù)管理器等 2、IIS的HttpApplication,所有的HttpModule都共享一個HttpApplication實(shí)例 在項(xiàng)目中的實(shí)際使用場景: 1、日志組件 2、多線程線程池管理 3、網(wǎng)站計(jì)數(shù)器 4、配置文件管理 */ class Program { static void Main(string[] args) { TaskFactory taskFactory = new TaskFactory(); List<Task> taskList = new List<Task>(); //// 測試--餓漢式 for (int i = 0; i < 5; i++) { taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => { SingleObject.GetInstance(); })); } //// 測試--懶漢式 for (int i = 0; i < 5; i++) { taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => { SingleObject1.GetInstance(); })); } //// 測試--雙重驗(yàn)證 for (int i = 0; i < 5; i++) { taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => { SingleObject2.GetInstance(); })); } //// 測試--靜態(tài)內(nèi)部類 for (int i = 0; i < 5; i++) { taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => { SingletonStatic.GetInstance(); })); } Console.ReadLine(); } }
運(yùn)行結(jié)果:
通過結(jié)果可以看出:懶漢式實(shí)際創(chuàng)建了2個實(shí)例,所以在多線程中,懶漢式有線程不安全問題
總結(jié)
根據(jù)單例模式是每一種實(shí)現(xiàn)方式對比分析,在實(shí)際使用過程中:
如果是單線程應(yīng)用環(huán)境,建議可以采用懶漢模
如果是多線程應(yīng)用環(huán)境,建議采用靜態(tài)內(nèi)部類方式
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