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单件模式(Singleton Pattern)一  

2011-03-17 11:28:24|  分类: 设计模式 |  标签: |举报 |字号 订阅

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概述

Singleton模式要求一个类有且仅有一个实例,并且提供了一个全局的访问点。这就提出了一个问题:如何绕过常规的构造器,提供一种机制来保证一个类只有一个实例?客户程序在调用某一个类时,它是不会考虑这个类是否只能有一个实例等问题的,所以,这应该是类设计者的责任,而不是类使用者的责任。

从另一个角度来说,Singleton模式其实也是一种职责型模式。因为我们创建了一个对象,这个对象扮演了独一无二的角色,在这个单独的对象实例中,它集中了它所属类的所有权力,同时它也肩负了行使这种权力的职责!

意图

保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

模型图

逻辑模型图:

单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客

物理模型图:

单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客

生活中的例子

美国总统的职位是Singleton,美国宪法规定了总统的选举,任期以及继任的顺序。这样,在任何时刻只能由一个现任的总统。无论现任总统的身份为何,其头衔"美利坚合众国总统"是访问这个职位的人的一个全局的访问点。

单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客

五种实现

1.简单实现

 

 

 1单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客public sealed class Singleton
 2单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客{
 3单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    static Singleton instance=null;
 4单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客
 5单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    Singleton()
 6单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    {
 7单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    }

 8单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客
 9单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    public static Singleton Instance
10单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    {
11单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        get
12单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        {
13单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客            if (instance==null)
14单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客            {
15单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客                instance = new Singleton();
16单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客            }

17单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客            return instance;
18单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        }

19单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    }

20单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客}

这种方式的实现对于线程来说并不是安全的,因为在多线程的环境下有可能得到Singleton类的多个实例。如果同时有两个线程去判断(instance == null),并且得到的结果为真,这时两个线程都会创建类Singleton的实例,这样就违背了Singleton模式的原则。实际上在上述代码中,有可能在计算出表达式的值之前,对象实例已经被创建,但是内存模型并不能保证对象实例在第二个线程创建之前被发现。

 

该实现方式主要有两个优点:

l         由于实例是在 Instance 属性方法内部创建的,因此类可以使用附加功能(例如,对子类进行实例化),即使它可能引入不想要的依赖性。

l         直到对象要求产生一个实例才执行实例化;这种方法称为“惰性实例化”。惰性实例化避免了在应用程序启动时实例化不必要的 singleton

2.安全的线程 

 1单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客public sealed class Singleton
 2单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客{
 3单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    static Singleton instance=null;
 4单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    static readonly object padlock = new object();
 5单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客
 6单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    Singleton()
 7单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    {
 8单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    }

 9单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客
10单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    public static Singleton Instance
11单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    {
12单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        get
13单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        {
14单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客            lock (padlock)
15单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客            {
16单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客                if (instance==null)
17单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客                {
18单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客                    instance = new Singleton();
19单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客                }

20单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客                return instance;
21单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客            }

22单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        }

23单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    }

24单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客}

25单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客
26单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客

 

这种方式的实现对于线程来说是安全的。我们首先创建了一个进程辅助对象,线程在进入时先对辅助对象加锁然后再检测对象是否被创建,这样可以确保只有一个实例被创建,因为在同一个时刻加了锁的那部分程序只有一个线程可以进入。这种情况下,对象实例由最先进入的那个线程创建,后来的线程在进入时(instence == null)为假,不会再去创建对象实例了。但是这种实现方式增加了额外的开销,损失了性能。

3.双重锁定

 1单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客public sealed class Singleton
 2单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客{
 3单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    static Singleton instance=null;
 4单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    static readonly object padlock = new object();
 5单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客
 6单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    Singleton()
 7单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    {
 8单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    }

 9单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客
10单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    public static Singleton Instance
11单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    {
12单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        get
13单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        {
14单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客            if (instance==null)
15单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客            {
16单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客                lock (padlock)
17单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客                {
18单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客                    if (instance==null)
19单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客                    {
20单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客                        instance = new Singleton();
21单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客                    }

22单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客                }

23单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客            }

24单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客            return instance;
25单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        }

26单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    }

27单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客}

28单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客

这种实现方式对多线程来说是安全的,同时线程不是每次都加锁,只有判断对象实例没有被创建时它才加锁,有了我们上面第一部分的里面的分析,我们知道,加锁后还得再进行对象是否已被创建的判断。它解决了线程并发问题,同时避免在每个 Instance 属性方法的调用中都出现独占锁定。它还允许您将实例化延迟到第一次访问对象时发生。实际上,应用程序很少需要这种类型的实现。大多数情况下我们会用静态初始化。这种方式仍然有很多缺点:无法实现延迟初始化。

4.静态初始化

 1单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客public sealed class Singleton
 2单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客{
 3单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    static readonly Singleton instance=new Singleton();
 4单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客
 5单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    static Singleton()
 6单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    {
 7单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    }

 8单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客
 9单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    Singleton()
10单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    {
11单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    }

12单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客
13单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    public static Singleton Instance
14单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    {
15单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        get
16单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        {
17单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客            return instance;
18单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        }

19单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    }

20单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客}

21单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客

看到上面这段富有戏剧性的代码,我们可能会产生怀疑,这还是Singleton模式吗?在此实现中,将在第一次引用类的任何成员时创建实例。公共语言运行库负责处理变量初始化。该类标记为 sealed 以阻止发生派生,而派生可能会增加实例。此外,变量标记为 readonly,这意味着只能在静态初始化期间(此处显示的示例)或在类构造函数中分配变量。

该实现与前面的示例类似,不同之处在于它依赖公共语言运行库来初始化变量。它仍然可以用来解决 Singleton 模式试图解决的两个基本问题:全局访问和实例化控制。公共静态属性为访问实例提供了一个全局访问点。此外,由于构造函数是私有的,因此不能在类本身以外实例化 Singleton 类;因此,变量引用的是可以在系统中存在的唯一的实例。

由于 Singleton 实例被私有静态成员变量引用,因此在类首次被对 Instance 属性的调用所引用之前,不会发生实例化。

这种方法唯一的潜在缺点是,您对实例化机制的控制权较少。在 Design Patterns 形式中,您能够在实例化之前使用非默认的构造函数或执行其他任务。由于在此解决方案中由 .NET Framework 负责执行初始化,因此您没有这些选项。在大多数情况下,静态初始化是在 .NET 中实现 Singleton 的首选方法。

5.延迟初始化

 1单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客public sealed class Singleton
 2单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客{
 3单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    Singleton()
 4单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    {
 5单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    }

 6单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客
 7单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    public static Singleton Instance
 8单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    {
 9单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        get
10单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        {
11单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客            return Nested.instance;
12单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        }

13单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    }

14单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    
15单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    class Nested
16单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    {
17单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        static Nested()
18单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        {
19单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        }

20单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客
21单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客        internal static readonly Singleton instance = new Singleton();
22单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客    }

23单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客}

24单件模式(Singleton Pattern) - 海里的贝壳 - apple的博客

这里,初始化工作有Nested类的一个静态成员来完成,这样就实现了延迟初始化,并具有很多的优势,是值得推荐的一种实

现方式。

实现要点

l        Singleton模式是限制而不是改进类的创建。

l         Singleton类中的实例构造器可以设置为Protected以允许子类派生。

l         Singleton模式一般不要支持Icloneable接口,因为这可能导致多个对象实例,与Singleton模式的初衷违背。

l         Singleton模式一般不要支持序列化,这也有可能导致多个对象实例,这也与Singleton模式的初衷违背。

l         Singleton只考虑了对象创建的管理,没有考虑到销毁的管理,就支持垃圾回收的平台和对象的开销来讲,我们一般没必要对其销毁进行特殊的管理。

l         理解和扩展Singleton模式的核心是“如何控制用户使用new对一个类的构造器的任意调用”。

l         可以很简单的修改一个Singleton,使它有少数几个实例,这样做是允许的而且是有意义的

作者:TerryLee
出处:http://terrylee.cnblogs.com 
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