小菜學習設計模式（二）—單例（Singleton）模式

前言

設計模式目錄：

• 小菜學習設計模式（一）—模闆方法（Template）模式
• 小菜學習設計模式（二）—單例（Singleton）模式
• 小菜學習設計模式（三）—工廠方法（Factory Method）模式
• 小菜學習設計模式（四）—原型（Prototype）模式
• 小菜學習設計模式（五）—控制反轉（Ioc）
• 持續更新中。。。

本篇目錄：

• 簡單實作
• 線程安全
• 後記

　　單例模式（Singleton）可以說是最簡單的模式，對.net來說，因為不需要考慮到垃圾回收機制，實作起來很簡單，但是對于沒有提供記憶體管理的平台來說，比如C++，因為單例模式隻考慮建立對象，是以使用的時候要考慮全面些。

　　其實說到些設計模式，我們有時候用到的真的很少，就像飛機零部件的模具不适用于汽車制造一樣，某些設計模式也隻在特定的環境下使用，單例模式的使用場景一般是資料總管等，像說的最多的就是列印機場景：每台計算機可以有若幹個列印機，但隻能有一個Printer Spooler，以避免兩個列印作業同時輸出到列印機中。每台計算機可以有若幹傳真卡，但是隻應該有一個軟體負責管理傳真卡，以避免出現兩份傳真作業同時傳到傳真卡中的情況。每台計算機可以有若幹通信端口，系統應當集中管理這些通信端口，以避免一個通信端口同時被兩個請求同時調用。說白點就是一個男人可以有很多女朋友，但是結婚生子的隻能是其中一個。一夫多妻的情況就不是單例模式了，那應該是“多态”了。哈哈。

　　單例模式（Singleton）在.net中的定義是：一個類有且僅有一個執行個體，并且自行執行個體化向整個系統提供。

　　從定義中我們可以看出，單例模式所具有的三個要點：

• 某個類隻能有一個執行個體
• 必須自行建立這個執行個體
• 必須自行向整個系統提供這個執行個體

　　根據所說的要點，我們可以在.net中這樣簡單的實作：

1     public class SingletonTest
 2     {
 3         public static SingletonTest model;
 4         private SingletonTest()
 5         { }
 6         public static SingletonTest getSingleton()
 7         {
 8             if (model==null)
 9             {
10                 model = new SingletonTest();
11             }
12             return model;
13         }
14     }      

 　　代碼就這麼簡單，在getSingleton()方法傳回執行個體的時候要先判斷對象是否已經被執行個體化，如果是就不需要重新建立了。

　　上面的代碼看起來沒什麼問題，但是在多線程的情況下就會出現問題，我們來開幾個線程測試下：

1     public class SingletonTest
 2     {
 3         public static SingletonTest model;
 4         private SingletonTest()
 5         { }
 6         public static SingletonTest getSingleton()
 7         {
 8             if (model==null)
 9             {
10                 Console.WriteLine(String.Format("我是被線程：{0}建立的！", Thread.CurrentThread.Name));
11                 model = new SingletonTest();
12             }
13             return model;
14         }
15     }      

1     class Program
 2     {
 3         static void Main(string[] args)
 4         {
 5             Program p1 = new Program();
 6             p1.Test();
 7             Console.ReadLine();
 8         }
 9 
10         private void Test()
11         {
12             Thread newThread;
13             ThreadStart ts = new ThreadStart(DoWork);
14             for (int counter = 1; counter < 6; counter++)
15             {
16                 newThread = new Thread(ts);
17                 newThread.Name = "蟋蟀" + counter;
18                 newThread.Start();
19             }
20         }
21 
22         protected void DoWork()
23         {
24             //調用傳回對象方法
25             SingletonTest.getSingleton();
26         }
27     }      

　　執行結果：

　　根據上圖的執行結果，會發現SingletonTest對象被執行個體化了2次，按照單例模式（Singleton）的特性：一個類隻能有一個執行個體，那就不是單例模式了，為什麼會執行個體化兩次呢？因為我們的計算機執行速度很快，在某一個時間點，線程1在執行完if (model==null)這段代碼，還沒執行model = new SingletonTest()，線程2剛好執行判斷對象是否null，就是說線程1和線程2都會進入下面的if判斷體中執行個體化對象。

　　關于單例模式的線程安全問題，網上一找一大堆，在《漫談設計模式》這本書中，作者也提到了線程安全問題，java中是使用的是“Double-Check Locking”方法，還有序列化的問題，這邊先不考慮，其實在.net中解決線程安全的問題也很簡單，就是用lock鎖，我們根據上面的代碼，再來修改下，然後做個測試：

1     public class SingletonTest
 2     {
 3         private static SingletonTest singleton;
 4         private static readonly object syncObject = new object();
 5         /// <summary>
 6         /// 構造函數必須是私有的
 7         /// 這樣在外部便無法使用 new 來建立該類的執行個體
 8         /// </summary>
 9         private SingletonTest()
10         { }
11         /// <summary>
12         /// 定義一個全局通路點
13         /// 設定為靜态方法
14         /// 則在類的外部便無需執行個體化就可以調用該方法
15         /// </summary>
16         /// <returns></returns>
17         public static SingletonTest getSingleton()
18         {
19             //這裡可以保證隻執行個體化一次
20             //即在第一次調用時執行個體化
21             //以後調用便不會再執行個體化
22             //第一重 singleton == null
23             if (singleton == null)
24             {
25                 lock (syncObject)
26                 {
27                     //第二重 singleton == null
28                     if (singleton == null)
29                     {
30                         Console.WriteLine(String.Format("我是被線程：{0}建立的！", Thread.CurrentThread.Name));
31                         singleton = new SingletonTest();
32                     }
33                 }
34             }
35             return singleton;
36         }
37     }      

 　　執行結果：

　　從上面的執行結果我們就可以看到，對象僅被執行個體化了一次，在某段代碼體中，隻能有且隻有一個線程通路，加鎖的目的就好比：我們去火車站售票大廳買票，因為買票的人太多，為了緩解壓力，就多開了幾個售票視窗（線程），比如南京到徐州的G110次列車隻有一張票，視窗A和視窗B的人同時都在買這一班次的票，這時候就要加鎖，不然就有可能會出現隻有一張票，但是賣出去兩張。話題跑偏了，哈哈。

　　示例代碼下載下傳：Singleton.rar

　　關于模式，再多說兩句，在某些情況下，像上面所說的：模式可以看成現實生活中的模具，有些産品（項目）是由一種模具（模式）生成出來的，比如杯子、瓶子等，有些産品（項目）是由多種模具（模式）生成出來，然後組合而成的，比如汽車、飛機等，是由成千上萬個零部件組合形成的。就是說學會模式後要會懂得組合，而且要“合适”的組合，這樣才會做出一個完善的産品（項目）。

　　還是那就話：騷年們，和小菜一起整理學習吧，未完待續。。。

作者：田園裡的蟋蟀

微信公衆号：你好架構

出處：http://www.cnblogs.com/xishuai/

公衆号會不定時的分享有關架構的方方面面，包含并不局限于：Microservices（微服務）、Service Mesh（服務網格）、DDD/TDD、Spring Cloud、Dubbo、Service Fabric、Linkerd、Envoy、Istio、Conduit、Kubernetes、Docker、MacOS/Linux、Java、.NET Core/ASP.NET Core、Redis、RabbitMQ、MongoDB、GitLab、CI/CD（持續內建/持續部署）、DevOps等等。

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