实现Singleton模式

什么是Singleton模式？

只能生成一个实例的类是实现了Singleton模式的类型。

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如何实现Singleton模式

• 解法一(只适用于单线程)
  由于只能生成一个实例，因此必须将构造函数设为私有函数以禁止他人创建实例，可以定义一个静态的实例，在需要的时候创建实例。实现如下:
  public sealed class Singleton1{
  private Singleton1(){
  }
  private static Singleton1 instance = null;
  public static Singleton1 Instance(){
  if(instance==null){
  instance= new Singleton1();
  return instance;
  }
  }
  }
  上述代码在instance为空时才创建一个实例以避免重复创建，同时把构造函数定义为私有函数，这样能确保只创建一个实例。

• 解法二(可多线程工作但是效率不高)
  解法一的代码在单线程时工作正常，但是在多线程的情况就有问题了，如果两线程同时运行，都判断instance为空，那么两个线程都会创建实例，这时候就不满足单例模式的要求了。为确保单例，需要加上一个同步锁。代码如下:
  public sealed class Singleton2{
  private Singleton2(){
  }
  private static final object syncObj=new Object();
  private static Singleton2 instance = null;
  public static Singleton2 Instance(){
  lock(syncObj){
  if(instance==null){
  instance= new Singleton1();
  return instance;
  }
  }
  }
  }
  由于在同一时刻只能有一个线程得到同步锁，但第一个线程加上锁时，第二个线程只能等待。第一个线程发现没有实例时进行创建。线程执行后释放同步锁，第二个线程加上同步锁，并运行代码，但是发现实例已经创建好了，就不会创建实例，所以保证了单例模式。

• 解法三(加锁前后两次判断实例是否存在)
  解法二不是很好，毕竟获得实例会加上一个同步锁，但是加锁十分耗时，如非必要应该避免。
  public sealed class Singleton3{
  private Singleton3(){
  }
  private static final object syncObj=new Object();
  private static Singleton3 instance = null;
  public static Singleton3 Instance(){
  if(instance==null){
  lock(syncObj){
  if(instance==null){
  instance= new Singleton1();
  return instance;
  }
  }
  }
  }
  }
  只有当instance为null时才进行加锁操作，如果instance已经创建处理，那么就不用进行加锁，时间效率提高了。

• 解法四(利用静态构造函数)
  public sealed class Singleton4{
  private Singleton4(){
  }
  private static Singleton4 instance = new Singleton4();
  public static Singleton4 Instance(){
  return instance;
  }
  }
  运行时能够确保只调用一次静态构造函数，可保证只初始化一次instance。

• 解法五(按需创建实例)
  public sealed class Singleton5{
  Singleton5(){
  }
  public static Singleton5 Instance(){
  return instance;
  }
  class Nested{
  static Nested(){
  }
  internal static final Singleton5 instance=new Singleton5();
  }
  }
  在内部定义一个私有类型Nested，Nested只在属性Singleton5.Instance中被用到，他人无法使用Nested类型。当第一次调用Singleton5.Instance得到Singleton5的实例会自动调用Nested的静态构造函数创建实例instance;不调用Singleton5.Instance不会自动调用Nested的静态构造函数，不创建实例，实现按需创建。

Singleton模式优缺点

• 优点
  1. 实例控制
     单例模式会阻止其他对象实例化其自己的单例对象的副本，从而确保所有对象都访问唯一实例。
  2. 灵活性
     因为类控制了实例化过程，所以类可以灵活更改实例化过程。
• 缺点
  1. 开销
     虽然数量很少，但如果每次对象请求引用时都要检查是否存在类的实例，将仍然需要一些开销。可以通过使用静态初始化解决此问题。
  2. 可能的开发混淆
     使用单例对象（尤其在类库中定义的对象）时，开发人员必须记住自己不能使用new关键字实例化对象。因为可能无法访问库源代码，因此应用程序开发人员可能会意外发现自己无法直接实例化此类。
  3. 对象生存期
     不能解决删除单个对象的问题。在提供内存管理的语言中（例如基于.NET Framework的语言），只有单例类能够导致实例被取消分配，因为它包含对该实例的私有引用。在某些语言中（如 C++），其他类可以删除对象实例，但这样会导致单例类中出现悬浮引用。