c#設計模式之單例模式
場景描述
單例模式對于我們來說一點也不模式，是一個常見的名稱，單例模式在程式中的實際效果就是：確保一個程式中只有一個實體，并提供一個全域訪問點，節省系統資源
單例模式無論是在實際開發中還是在軟體應用中比較常見，比如，windows系統的任務管理器、IIS的HttpApplication、實際專案中的日志組件等等
實作方式
單例模式為了實作一個實體，那么只有不把實體創建暴露出去，只通過類本身來創建實體，為了實作效果，需要定義一個私有建構式
單例模式實作方式有：餓漢式、懶漢式、雙重驗證式、靜態內部類、延遲加載（Lazy）
下面分別對每一種實作方式做一個簡單的實體，以及其優缺點
餓漢式
/// <summary> /// 創建一個 Singleton 類（餓漢式） /// 這種方式比較常用，但容易產生垃圾物件， ///優點：沒有加鎖，執行效率會提高， ///缺點：類加載時就初始化，浪費記憶體， ///它基于 classloder 機制避免了多執行緒的同步問題，不過，instance 在類裝載時就實體化， ///雖然導致類裝載的原因有很多種，在單例模式中大多數都是呼叫 getInstance 方法， ///但是也不能確定有其他的方式（或者其他的靜態方法）導致類裝載，這時候初始化 instance 顯然沒有達到 lazy loading 的效果， /// </summary> public class SingleObject { //創建 SingleObject 的一個物件 private static SingleObject instance = new SingleObject(); //讓建構式為 private，這樣該類就不會被實體化 private SingleObject() { Console.WriteLine("我被創建了.餓漢式"); } //獲取唯一可用的物件 public static SingleObject GetInstance() { return instance; } public void ShowMessage() { Console.WriteLine("Hello World.餓漢式"); } }
懶漢式
/// <summary> /// 創建一個 Singleton 類（懶漢式） /// 這種方式具備很好的 lazy loading，能夠在多執行緒中很好的作業，但是，效率很低，99% 情況下不需要同步， /// 優點：第一次呼叫才初始化，避免記憶體浪費， /// 缺點：懶漢式在單個執行緒中沒有問題，但多個執行緒同事訪問的時候就可能同事創建多個實體，而且這多個實體不是同一個物件， /// </summary> public class SingleObject1 { //創建 SingleObject 的一個物件 private static SingleObject1 instance; //讓建構式為 private，這樣該類就不會被實體化 private SingleObject1() { } //獲取唯一可用的物件 public static SingleObject1 GetInstance() { if (instance == null) { instance = new SingleObject1(); Console.WriteLine("我被創建了.懶漢式"); } return instance; } public void ShowMessage() { Console.WriteLine("Hello World.懶漢式"); } }
雙重驗證式
/// <summary> /// 創建一個 Singleton 類（雙重驗證） /// 這種方式具備很好的 lazy loading，能夠在多執行緒中很好的作業，但是，效率很低，99% 情況下不需要同步， /// 優點：第一次呼叫才初始化，避免記憶體浪費，執行緒安全， /// 缺點：必須加鎖 synchronized 才能保證單例，但加鎖會影響效率， /// </summary> public class SingleObject2 { //創建 SingleObject 的一個物件 private static SingleObject2 instance; // 定義一個標識確保執行緒同步 private static readonly object locker = new object(); //讓建構式為 private，這樣該類就不會被實體化 private SingleObject2() { } //獲取唯一可用的物件 public static SingleObject2 GetInstance() { //// 如果為空，那么就加鎖，創建實體 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建了實體而導致重復創建 if (instance == null) { instance = new SingleObject2(); Console.WriteLine("我被創建了.雙重驗證"); } } } return instance; } public void ShowMessage() { Console.WriteLine("Hello World.雙重驗證"); } }
靜態內部類
/// <summary> /// 創建一個 Singleton 類(靜態內部類) /// 這種方式不用加鎖，在效率上和記憶體使用上都比較優秀 /// 克服了餓漢模式的不足餓漢模式執行效率高，由于在類加載的時候初始化導致記憶體浪費 /// </summary> public class SingletonStatic { /// <summary> /// 內部類 /// </summary> public class SingletonStaticInner { /// <summary> /// 當一個類有靜態建構式時，它的靜態成員變數不會被beforefieldinit修飾 /// 就會確保在被參考的時候才會實體化，而不是程式啟動的時候實體化 /// </summary> static SingletonStaticInner() { } /// <summary> /// 實體化 /// </summary> internal static SingletonStatic singletonStatic = new SingletonStatic(); } /// <summary> /// 私有建構式 /// </summary> private SingletonStatic() { Console.WriteLine("我被創建了.靜態內部類"); } /// <summary> /// 獲取實體 /// </summary> /// <returns></returns> public static SingletonStatic GetInstance() { return SingletonStaticInner.singletonStatic; } public void ShowMessage() { Console.WriteLine("Hello World.靜態內部類"); } }
延遲加載（Lazy）
/// <summary> /// 創建一個 Singleton 類(Lazy) /// 該方式是需要.netformwork4+ /// </summary> public class SingletonLazy { private static Lazy<SingletonLazy> singletonLazy = new Lazy<SingletonLazy>(()=>new SingletonLazy()); /// <summary> /// 私有建構式 /// </summary> private SingletonLazy() { Console.WriteLine("我被創建了.Lazy"); } /// <summary> /// 獲取實體 /// </summary> /// <returns></returns> public static SingletonLazy GetInstance() { return singletonLazy.Value; } public void ShowMessage() { Console.WriteLine("Hello World.Lazy"); } }
每一種創建方式測驗
創建一個控制臺程式，通過多執行緒對每一種實作方式使用，查看其實體次數分析：
/* 介紹意圖：保證一個類僅有一個實體，并提供一個訪問它的全域訪問點，主要解決：一個全域使用的類頻繁地創建與銷毀，何時使用：當您想控制實體數目，節省系統資源的時候，如何解決：判斷系統是否已經有這個單例，如果有則回傳，如果沒有則創建，關鍵代碼：建構式是私有的，應用實體：典型的已有應用：1、windows的任務管理器等2、IIS的HttpApplication，所有的HttpModule都共享一個HttpApplication實體在專案中的實際使用場景：1、日志組件2、多執行緒執行緒池管理3、網站計數器4、組態檔管理 */ class Program { static void Main(string[] args) { TaskFactory taskFactory = new TaskFactory(); List<Task> taskList = new List<Task>(); //// 測驗--餓漢式 for (int i = 0; i < 5; i++) { taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => { SingleObject.GetInstance(); })); } //// 測驗--懶漢式 for (int i = 0; i < 5; i++) { taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => { SingleObject1.GetInstance(); })); } //// 測驗--雙重驗證 for (int i = 0; i < 5; i++) { taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => { SingleObject2.GetInstance(); })); } //// 測驗--靜態內部類 for (int i = 0; i < 5; i++) { taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => { SingletonStatic.GetInstance(); })); } //// 測驗--Lazy for (int i = 0; i < 5; i++) { taskList.Add(taskFactory.StartNew(() => { SingletonLazy.GetInstance(); })); } Console.ReadLine(); } }
運行結果：
總結
根據單例模式是每一種實作方式對比分析，在實際使用程序中：建議采用延遲加載（Lazy）
當然，還有其他類似的實作單例的方式，沒有寫到的，也歡迎大家一起交流，勿噴
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標籤：ASP.NET
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