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JS实现单例模式的6种方案汇总（js实现单例模式的6种方案汇总表）

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本文将为您提供关于JS实现单例模式的6种方案汇总的详细介绍，我们还将为您解释js实现单例模式的6种方案汇总表的相关知识，同时，我们还将为您提供关于c#单例模式（Singleton）的6种实现、C#实现

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本文目录一览：

JS实现单例模式的6种方案汇总（js实现单例模式的6种方案汇总表）

JS实现单例模式的6种方案汇总（js实现单例模式的6种方案汇总表）

前言

今天在复习设计模式中的-创建型模式，发现JS实现单例模式的方案有很多种，稍加总结了一下，列出了如下的6种方式与大家分享

大体上将内容分为了ES5（Function）与ES6（Class）实现两种部分

单例模式的概念

单例模式就是在系统中保存一个实例，就是一个全局变量，在团队开发中，为了实现一些相似的功能，比如不同页面之间的表单验证，可能需求是不一样的，但是呢命名可能一样，这时就会产生冲突，这时候单例模式就能很好的解决这个问题。

  • 一个实例只生产一次
  • 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

说说它的优点：

1，单例模式声明一个命名空间，它生成一个唯一的全局变量，一个命名空间，可以用声明对象的方式来声明：

var mapleTao={ name:"mapleTao",init:function(){console.log(this.name)}};

有木有发现这个和对象有点类似呢，其实name，init是它的属性，通过mapleTao.name就获取它name的值，通过mapleTao.init()就可以调用init方法，这样在哎处理多需求页面，多人开发时就能很好的解决命名冲突的问题，以及可以更好的维护代码，更好的控制代码。

2，单例模式在全局中只声明一个变量，大家都知道在js中，假设你写了一个方法，如 function aa(){},这样就会在window中生成一个叫aa的变量，当实现一个功能时，在代码封装中，会创建好多函数，好多function，这样就会在window中创建好多变量，会占用更多的内存单元，全局变量的作用域很广，在众多处理函数中都可能改变，这样当出现bug时不容易快速找到，而通过单例模式创建的对象变量中可以更快速的找到问题，从而解决，这大大减少的问题修复的时间以及系统加载的时间。

3.在实现同一个功能的地方比通过new新创建对象对内存对资源的占用更据优势。

方式1

利用instanceof判断是否使用new关键字调用函数进行对象的实例化

function User() {
    if (!(this instanceof User)) {
        return
    }
    if (!User._instance) {
        this.name = ''无名''
        User._instance = this
    }
    return User._instance
}

const u1 = new User()
const u2 = new User()

console.log(u1===u2);// true

方式2

在函数上直接添加方法属性调用生成实例

function User(){
    this.name = ''无名''
}
User.getInstance = function(){
    if(!User._instance){
        User._instance = new User()
    }
    return User._instance
}

const u1 = User.getInstance()
const u2 = User.getInstance()

console.log(u1===u2);

方式3

使用闭包，改进方式2

function User() {
    this.name = ''无名''
}
User.getInstance = (function () {
    var instance
    return function () {
        if (!instance) {
            instance = new User()
        }
        return instance
    }
})()

const u1 = User.getInstance()
const u2 = User.getInstance()

console.log(u1 === u2);

方式4

使用包装对象结合闭包的形式实现

const User = (function () {
    function _user() {
        this.name = ''xm''
    }
    return function () {
        if (!_user.instance) {
            _user.instance = new _user()
        }
        return _user.instance
    }
})()

const u1 = new User()
const u2 = new User()

console.log(u1 === u2); // true

当然这里可以将闭包部分的代码单独封装为一个函数

在频繁使用到单例的情况下，推荐使用类似此方法的方案，当然内部实现可以采用上述任意一种

function SingleWrapper(cons) {
    // 排除非函数与箭头函数
    if (!(cons instanceof Function) || !cons.prototype) {
        throw new Error(''不是合法的构造函数'')
    }
    var instance
    return function () {
        if (!instance) {
            instance = new cons()
        }
        return instance
    }
}

function User(){
    this.name = ''xm''
}
const SingleUser = SingleWrapper(User)
const u1 = new SingleUser()
const u2 = new SingleUser()
console.log(u1 === u2);

方式5

在构造函数中利用new.target判断是否使用new关键字

class User{
    constructor(){
        if(new.target !== User){
            return
        }
        if(!User._instance){
            this.name = ''xm''
            User._instance = this
        }
        return User._instance
    }
}

const u1 = new User()
const u2 = new User()
console.log(u1 === u2);

方式6

使用static静态方法

class User {
    constructor() {
        this.name = ''xm''
    }
    static getInstance() {
        if (!User._instance) {
            User._instance = new User()
        }
        return User._instance
    }
}


const u1 = User.getInstance()
const u2 = User.getInstance()

console.log(u1 === u2);

总结

到此这篇关于JS实现单例模式的文章就介绍到这了,更多相关JS单例模式内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

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c#单例模式（Singleton）的6种实现

c#单例模式（Singleton）的6种实现

1.1.1 摘要

 在我们日常的工作中经常需要在应用程序中保持一个唯一的实例，如：IO处理，数据库操作等，由于这些对象都要占用重要的系统资源，所以我们必须限制这些实例的创建或始终使用一个公用的实例，这就是我们今天要介绍的――单例模式（Singleton）。

 使用频率

高

单件模式（Singleton）：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。

1.1.2 正文

图1单例模式（Singleton）结构图

单例模式（Singleton）是几个创建模式中最对立的一个，它的主要特点不是根据用户程序调用生成一个新的实例，而是控制某个类型的实例唯一性，通过上图我们知道它包含的角色只有一个，就是Singleton，它拥有一个私有构造函数，这确保用户无法通过new直接实例它。除此之外，该模式中包含一个静态私有成员变量instance与静态公有方法Instance()。Instance()方法负责检验并实例化自己，然后存储在静态成员变量中，以确保只有一个实例被创建。

图2单例模式（Singleton）逻辑模型

接下来我们将介绍6中不同的单例模式（Singleton）的实现方式。这些实现方式都有以下的共同点：

 1.有一个私有的无参构造函数，这可以防止其他类实例化它，而且单例类也不应该被继承，如果单例类允许继承那么每个子类都可以创建实例，这就违背了Singleton模式“唯一实例”的初衷。

2.单例类被定义为sealed,就像前面提到的该类不应该被继承，所以为了保险起见可以把该类定义成不允许派生，但没有要求一定要这样定义。

3.一个静态的变量用来保存单实例的引用。

4.一个公有的静态方法用来获取单实例的引用，如果实例为null即创建一个。

版本一线程不安全

 /// <summary>
/// A simple singleton class implements.
/// </summary>
public sealed class Singleton
{
  private static Singleton _instance = null;

  /// <summary>
  /// Prevents a default instance of the 
  /// <see cref="Singleton"/> class from being created.
  /// </summary>
  private Singleton()
  {
  }

  /// <summary>
  /// Gets the instance.
  /// </summary>
  public static Singleton Instance
  {
    get { return _instance ?? (_instance = new Singleton()); }
  }
}

 以上的实现方式适用于单线程环境，因为在多线程的环境下有可能得到Singleton类的多个实例。假如同时有两个线程去判断

（null == _singleton），并且得到的结果为真，那么两个线程都会创建类Singleton的实例，这样就违背了Singleton模式“唯一实例”的初衷。

 版本二线程安全

 /// <summary>
/// A thread-safe singleton class.
/// </summary>
public sealed class Singleton
{
  private static Singleton _instance = null;
  private static readonly object SynObject = new object();

  Singleton()
  {
  }

  /// <summary>
  /// Gets the instance.
  /// </summary>
  public static Singleton Instance
  {
    get
    {
      // Syn operation.
      lock (SynObject)
      {
        return _instance ?? (_instance = new Singleton());
      }
    }
  }
}

以上方式的实现方式是线程安全的，首先我们创建了一个静态只读的进程辅助对象，由于lock是确保当一个线程位于代码的临界区时，另一个线程不能进入临界区（同步操作）。如果其他线程试图进入锁定的代码，则它将一直等待，直到该对象被释放。从而确保在多线程下不会创建多个对象实例了。只是这种实现方式要进行同步操作，这将是影响系统性能的瓶颈和增加了额外的开销。

 Double-Checked Locking

前面讲到的线程安全的实现方式的问题是要进行同步操作，那么我们是否可以降低通过操作的次数呢？其实我们只需在同步操作之前，添加判断该实例是否为null就可以降低通过操作的次数了，这样是经典的Double-Checked Locking方法。

 /// <summary>
/// Double-Checked Locking implements a thread-safe singleton class
/// </summary>
public sealed class Singleton
{
  private static Singleton _instance = null;
  // Creates an syn object.
  private static readonly object SynObject = new object();

  Singleton()
  {
  }

  public static Singleton Instance
  {
    get
    {
      // Double-Checked Locking
      if (null == _instance)
      {
        lock (SynObject)
        {
          if (null == _instance)
          {
            _instance = new Singleton();
          }
        }
      }
      return _instance;
    }
  }
}

 在介绍第四种实现方式之前，首先让我们认识什么是，当字段被标记为beforefieldinit类型时，该字段初始化可以发生在任何时候任何字段被引用之前。这句话听起了有点别扭，接下来让我们通过具体的例子介绍。

 /// <summary>
/// Defines a test class.
/// </summary>
class Test
{
  public static string x = EchoAndReturn("In type initializer");

  public static string EchoAndReturn(string s)
  {
    Console.WriteLine(s);
    return s;
  }
}

上面我们定义了一个包含静态字段和方法的类Test，但要注意我们并没有定义静态的构造函数。

图3 Test类的IL代码

class Test
{
  public static string x = EchoAndReturn("In type initializer");

  // Defines a parameterless constructor.
  static test()
  {
  }

  public static string EchoAndReturn(string s)
  {
    Console.WriteLine(s);
    return s;
  }
}

上面我们给Test类添加一个静态的构造函数。

图4 Test类的IL代码

通过上面Test类的IL代码的区别我们发现，当Test类包含静态字段，而且没有定义静态的构造函数时，该类会被标记为beforefieldinit。

现在也许有人会问：“被标记为beforefieldinit和没有标记的有什么区别呢”？OK现在让我们通过下面的具体例子看一下它们的区别吧！

 class Test
{
  public static string x = EchoAndReturn("In type initializer");

  static test()
  {
  }

  public static string EchoAndReturn(string s)
  {
    Console.WriteLine(s);
    return s;
  }
}

class Driver
{
  public static void Main()
  {
    Console.WriteLine("Starting Main");
    // Invoke a static method on Test
    Test.EchoAndReturn("Echo!");
    Console.WriteLine("After echo");
    Console.ReadLine();

    // The output result:
    // Starting Main
    // In type initializer
    // Echo!
    // After echo      
  }
}

我相信大家都可以得到答案，如果在调用EchoAndReturn()方法之前，需要完成静态成员的初始化，所以最终的输出结果如下：

图5输出结果

 接着我们在Main()方法中添加string y = Test.x，如下：

public static void Main()
{
  Console.WriteLine("Starting Main");
  // Invoke a static method on Test
  Test.EchoAndReturn("Echo!");
  Console.WriteLine("After echo");

  //Reference a static field in Test
  string y = Test.x;
  //Use the value just to avoid compiler cLeverness
  if (y != null)
  {
    Console.WriteLine("After field access");
  }
  Console.ReadKey();

  // The output result:
  // In type initializer
  // Starting Main
  // Echo!
  // After echo
  // After field access

}

图6 输出结果

通过上面的输出结果，大家可以发现静态字段的初始化跑到了静态方法调用之前，Wo难以想象啊！

最后我们在Test类中添加一个静态构造函数如下：

 class Test
{
  public static string x = EchoAndReturn("In type initializer");

  static test()
  {
  }

  public static string EchoAndReturn(string s)
  {
    Console.WriteLine(s);
    return s;
  }
}

图7 输出结果

理论上，type initializer应该发生在”Echo!”之后和”After echo”之前，但这里却出现了不唯一的结果，只有当Test类包含静态构造函数时，才能确保type initializer的初始化发生在”Echo!”之后和”After echo”之前。

所以说要确保type initializer发生在被字段引用时，我们应该给该类添加静态构造函数。接下来让我们介绍单例模式的静态方式。

 静态初始化

 

public sealed class Singleton
{
  private static readonly Singleton _instance = new Singleton();

  // Explicit static constructor to tell C# compiler
  // not to mark type as beforefieldinit
  static Singleton()
  {
  }

  /// <summary>
  /// Prevents a default instance of the 
  /// <see cref="Singleton"/> class from being created.
  /// </summary>
  private Singleton()
  {
  }

  /// <summary>
  /// Gets the instance.
  /// </summary>
  public static Singleton Instance
  {
    get
    {
      return _instance;
    }
  }
}

以上方式实现比之前介绍的方式都要简单，但它确实是多线程环境下，C#实现的Singleton的一种方式。由于这种静态初始化的方式是在自己的字段被引用时才会实例化。

 让我们通过IL代码来分析静态初始化。

图8静态初始化IL代码

首先这里没有beforefieldinit的修饰符，由于我们添加了静态构造函数当静态字段被引用时才进行初始化，因此即便很多线程试图引用_instance，也需要等静态构造函数执行完并把静态成员_instance实例化之后可以使用。

 延迟初始化

 /// <summary>
/// Delaies initialization.
/// </summary>
public sealed class Singleton
{
  private Singleton()
  {
  }

  /// <summary>
  /// Gets the instance.
  /// </summary>
  public static Singleton Instance { get { return nested._instance; } }

  private class nested
  {
    // Explicit static constructor to tell C# compiler
    // not to mark type as beforefieldinit
    static nested()
    {
    }

    internal static readonly Singleton _instance = new Singleton();
  }
}

这里我们把初始化工作放到nested类中的一个静态成员来完成，这样就实现了延迟初始化。

 Lazy<T> type

 /// <summary>
/// .NET 4's Lazy<T> type
/// </summary>
public sealed class Singleton
{
  private static readonly Lazy<Singleton> lazy =
    new Lazy<Singleton>(() => new Singleton());

  public static Singleton Instance { get { return lazy.Value; } }

  private Singleton()
  {
  }
}

 这种方式的简单和性能良好，而且还提供检查是否已经创建实例的属性IsValueCreated。

 具体例子

现在让我们使用单例模式（Singleton）实现负载平衡器，首先我们定义一个服务器类，它包含服务器名和IP地址如下：

 /// <summary>
/// Represents a server machine
/// </summary>
class Server
{
  // Gets or sets server name
  public string Name { get; set; }

  // Gets or sets server IP address
  public string IP { get; set; }
}

由于负载平衡器只提供一个对象实例供服务器使用，所以我们使用单例模式（Singleton）实现该负载平衡器。

 /// <summary>
/// The 'Singleton' class
/// </summary>
sealed class LoadBalancer
{
  private static readonly LoadBalancer _instance =
    new LoadBalancer();

  // Type-safe generic list of servers
  private List<Server> _servers;
  private Random _random = new Random();

  static LoadBalancer()
  {
  }

  // Note: constructor is 'private'
  private LoadBalancer()
  {
    // Load list of available servers
    _servers = new List<Server> 
      { 
       new Server{ Name = "ServerI",IP = "192.168.0.108" },new Server{ Name = "ServerII",IP = "192.168.0.109" },new Server{ Name = "ServerIII",IP = "192.168.0.110" },new Server{ Name = "ServerIV",IP = "192.168.0.111" },new Server{ Name = "ServerV",IP = "192.168.0.112" },};
  }

  /// <summary>
  /// Gets the instance through static initialization.
  /// </summary>
  public static LoadBalancer Instance
  {
    get { return _instance; }
  }


  // Simple,but effective load balancer
  public Server NextServer
  {
    get
    {
      int r = _random.Next(_servers.Count);
      return _servers[r];
    }
  }
}

 上面负载平衡器类LoadBalancer我们使用静态初始化方式实现单例模式（Singleton）。

 static void Main()
{
  LoadBalancer b1 = LoadBalancer.Instance;
  b1.GetHashCode();
  LoadBalancer b2 = LoadBalancer.Instance;
  LoadBalancer b3 = LoadBalancer.Instance;
  LoadBalancer b4 = LoadBalancer.Instance;

  // Confirm these are the same instance
  if (b1 == b2 && b2 == b3 && b3 == b4)
  {
    Console.WriteLine("Same instance\n");
  }

  // Next,load balance 15 requests for a server
  LoadBalancer balancer = LoadBalancer.Instance;
  for (int i = 0; i < 15; i++)
  {
    string serverName = balancer.NextServer.Name;
    Console.WriteLine("dispatch request to: " + serverName);
  }

  Console.ReadKey();
}

图9 LoadBalancer输出结果

 1.1.3 总结

单例模式的优点：

单例模式（Singleton）会控制其实例对象的数量，从而确保访问对象的唯一性。

1.实例控制：单例模式防止其它对象对自己的实例化，确保所有的对象都访问一个实例。

2.伸缩性：因为由类自己来控制实例化进程，类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。

 单例模式的缺点：

1.系统开销。虽然这个系统开销看起来很小，但是每次引用这个类实例的时候都要进行实例是否存在的检查。这个问题可以通过静态实例来解决。

2.开发混淆。当使用一个单例模式的对象的时候（特别是定义在类库中的），开发人员必须要记住不能使用new关键字来实例化对象。因为开发者看不到在类库中的源代码，所以当他们发现不能实例化一个类的时候会很惊讶。

3.对象生命周期。单例模式没有提出对象的销毁。在提供内存管理的开发语言（比如，基于.NetFramework的语言）中，只有单例模式对象自己才能将对象实例销毁，因为只有它拥有对实例的引用。在各种开发语言中，比如C++，其它类可以销毁对象实例，但是这么做将导致单例类内部的指针指向不明。 

单例适用性

使用Singleton模式有一个必要条件：在一个系统要求一个类只有一个实例时才应当使用单例模式。反之，如果一个类可以有几个实例共存，就不要使用单例模式。

不要使用单例模式存取全局变量。这违背了单例模式的用意，最好放到对应类的静态成员中。

不要将数据库连接做成单例，因为一个系统可能会与数据库有多个连接，并且在有连接池的情况下，应当尽可能及时释放连接。Singleton模式由于使用静态成员存储类实例，所以可能会造成资源无法及时释放，带来问题。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持编程小技巧。

C#实现单例模式的6种方法小结

C#实现单例模式的6种方法小结

介绍

单例模式是软件工程学中最富盛名的设计模式之一。从本质上看，单例模式只允许被其自身实例化一次，且向外部提供了一个访问该实例的接口。通常来说，单例对象进行实例化时一般不带参数，因为如果不同的实例化请求传递的参数不同的话会导致问题的产生。(若多个请求都是传递的同样的参数的话，工厂模式更应该被考虑)

C#中实现单例有很多种方法，本文将按顺序介绍非线程安全、完全懒汉式、线程安全和低/高性能集中版本。

在所有的实现版本中，都有以下几个共同点：

  • 唯一的、私有的且无参的构造函数，这样不允许外部类进行实例化；

  • 类是密封的，尽管这不是强制的，但是严格来讲从上一点来看密封类能有助于JIT的优化；

  • 一个静态变量应该指向类的唯一实例；

  • 一个公共的静态变量用于获得这个类的唯一实例(如果需要,应该创建它）；

需要注意的是，本文中所有的例子中都是用一个 public static Instance的变量来访问单例类实例，要将其转换成公共函数是很容易的，但是这样并不会带来效率和线程安全上的提升。

Version 1 - 非线程安全

public sealed class Singleton
{
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton() { }
    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (instance == null)
            {
                instance = new Singleton();
            }
            return instance;
        }
    }
}

该版本在多线程下是不安全的，会创建多个实例，请不要在生产环境中使用！

因为如果两个线程同时运行到if(instance==null)判断时，就会创建两个实例，这是违背单例模式的初衷的。实际上在后面那个线程进行判断是已经生成了一个实例，但是对于不同的线程来说除非进行了线程间的通信，否则它是不知道的。

Version 2 - 简单的线程安全

public sealed class Singleton2
{
    private static Singleton2 instance = null;
    private static readonly object obj = new object();
    private Singleton2() { }
    public Singleton2 Instance
    {
        get
        {
            lock (obj)
            {
                if (instance == null)
                {
                    instance = new Singleton2();
                }
                return instance;
            }
        }
    }
}

该版本是线程安全的。通过对一个过线程共享的对象进行加锁操作，保证了在同一时刻只有一个线程在执行lock{}里的代码。当第一个线程在进行instance判断或创建时，后续线程必须等待直到前一线程执行完毕，因此保证了只有第一个线程能够创建instance实例。

但不幸的是，因为每次对instance的请求都会进行lock操作，其性能是不佳的。

需要注意的是，这里使用了一个private static object变量进行锁定，这是因为当如果对一个外部类可以访问的对象进行锁定时会导致性能低下甚至死锁。因此通常来说为了保证线程安全，进行加锁的对象应该是private的。

Version 3 - Double-check locking的线程安全

public sealed class Singleton3
{
    private static Singleton3 instance = null;
    private static object obj = new object();
    private Singleton3() { }
    public static Singleton3 Instance
    {
        get
        {
            if (instance == null)
            {
                lock (obj)
                {
                    if (instance == null)
                    {
                        instance = new Singleton3();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }
}

该版本中试图去避免每次访问都进行加锁操作并实现线程安全。然后，这段代码对Java不起作用，因Java的内存模型不能保证在构造函数一定在其他对象引用instance之前完成。还有重要的一点，它不如后面的实现方式。

Version 4 - 不完全懒汉式，但不加锁的线程安全

public sealed class Singleton4
{
    private static readonly Singleton4 instance = new Singleton4();
    /// <summary>
    /// 显式的静态构造函数用来告诉C#编译器在其内容实例化之前不要标记其类型
    /// </summary>
    static Singleton4() { }
    private Singleton4() { }
    public static Singleton4 Instance { get { return instance; } }
}

这个版本是的实现非常的简单，但是却又是线程安全的。C#的静态构造函数只有在当其类的实例被创建或者有静态成员被引用时执行，在整个应用程序域中只会被执行一次。使用当前方式明显比前面版本中进行额外的判断要快。

当然这个版本也存在一些瑕疵：

  • 不是真正意义上的懒汉模式(需要的时候才创建实例)，若单例类还存在其他静态成员，当其他类第一次引用这些成员时便会创建该instance。下个版本实现会修正这个问题；

  • 只有.NET中才具有beforefieldinit特性，即懒汉式实现。且在.Net 1.1以前的编译器不支持，不过这个现在来看问题不大；

所有版本中，只有这里将instance设置成了readonly,这不仅保证了代码的高校且显得十分短小。

Version 5 - 完全懒汉实例化

public sealed class Singleton5
{
    private Singleton5() { }
    public static Singleton5 Instance { get { return Nested.instance; } }
    private class Nested
    {
        static Nested() { }
        internal static readonly Singleton5 instance = new Singleton5();
    }
}

该版本看起来稍微复杂难懂，其实只是在写法上实现了上一版本的瑕疵，通过内嵌类的方式先实现了只有在真正应用Instance时才进行实例化。其性能表现与上一版本无异。

Version 6 - 使用.NET 4 Lazy type 特性

public sealed class Singleton6
{
    private static readonly Lazy<Singleton6> lazy =
           new Lazy<Singleton6>(()=> new Singleton6());
    public static Singleton6 Instance { get { return lazy.Value; } }
    private Singleton6() { }
}

如果你使用的是.NET 4或其以上版本，可以使用System.Lazy type来实现完全懒汉式。其代码看起来也很简洁且性能表现也很好。

性能 VS 懒汉式

一般情况下，我们并不需要实现完全懒汉式，除非你的构造初始化执行了某些费时的工作。因此一般的，我们使用显式的静态构造函数就能够适用。

本文翻译自Implementing the Singleton Pattern in C#

Exception

有时候在进行构造函数初始化时可能 会抛出异常，但这对整个应用程序来说不应该是致命的，所以可能的情况下，你应该自己处理这种异常情况。

总结

上述提供的几种实现方法中，一般情况下提倡使用Version 4，除非遇到有时早于单列类实例化时就引用了其他静态成员。这种情况下，Version 2一旦被考虑，虽然它看起来会因加锁耗时，但是其实运行起来并没有你想的那么慢，关键是你很容易写对它。显然Version 1你永远都不应该考虑，Version 3在与Version 5的对比下也是不在考虑范围之内的。

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C#实现单例模式的几种方法总结

C#实现单例模式的几种方法总结

介绍

单例模式是软件工程学中最富盛名的设计模式之一。从本质上看，单例模式只允许被其自身实例化一次，且向外部提供了一个访问该实例的接口。通常来说，单例对象进行实例化时一般不带参数，因为如果不同的实例化请求传递的参数不同的话会导致问题的产生。(若多个请求都是传递的同样的参数的话，工厂模式更应该被考虑)

C#中实现单例有很多种方法，本文将按顺序介绍非线程安全、完全懒汉式、线程安全和低/高性能集中版本。

在所有的实现版本中，都有以下几个共同点：

  • 唯一的、私有的且无参的构造函数，这样不允许外部类进行实例化；
  • 类是密封的，尽管这不是强制的，但是严格来讲从上一点来看密封类能有助于JIT的优化；
  • 一个静态变量应该指向类的唯一实例；
  • 一个公共的静态变量用于获得这个类的唯一实例(如果需要,应该创建它）；

需要注意的是，本文中所有的例子中都是用一个 public static Instance的变量来访问单例类实例，要将其转换成公共函数是很容易的，但是这样并不会带来效率和线程安全上的提升。

Version 1 - 非线程安全

/// <summary>
/// Bad code！Do not use! 
/// </summary>
public sealed class Singleton
{
 private static Singleton instance = null;
 private Singleton() { }
 public static Singleton Instance
 {
  get
  {
   if (instance == null)
   {
    instance = new Singleton();
   }
   return instance;
  }
 }
}

该版本在多线程下是不安全的，会创建多个实例，请不要在生产环境中使用！

因为如果两个线程同时运行到if(instance==null)判断时，就会创建两个实例，这是违背单例模式的初衷的。实际上在后面那个线程进行判断是已经生成了一个实例，但是对于不同的线程来说除非进行了线程间的通信，否则它是不知道的。

Version 2 - 简单的线程安全

public sealed class Singleton2
{
 private static Singleton2 instance = null;
 private static readonly object obj = new object();
 private Singleton2() { }
 public Singleton2 Instance
 {
  get
  {
   lock (obj)
   {
    if (instance == null)
    {
     instance = new Singleton2();
    }
    return instance;
   }
  }
 }
}

该版本是线程安全的。通过对一个过线程共享的对象进行加锁操作，保证了在同一时刻只有一个线程在执行lock{}里的代码。当第一个线程在进行instance判断或创建时，后续线程必须等待直到前一线程执行完毕，因此保证了只有第一个线程能够创建instance实例。

但不幸的是，因为每次对instance的请求都会进行lock操作，其性能是不佳的。

需要注意的是，这里使用了一个private static object变量进行锁定，这是因为当如果对一个外部类可以访问的对象进行锁定时会导致性能低下甚至死锁。因此通常来说为了保证线程安全，进行加锁的对象应该是private的。

Version 3 - Double-check locking的线程安全

/// <summary>
/// Bad code ! Do not use!
/// </summary>
public sealed class Singleton3
{
 private static Singleton3 instance = null;
 private static object obj = new object();
 private Singleton3() { }
 public static Singleton3 Instance
 {
  get
  {
   if (instance == null)
   {
    lock (obj)
    {
     if (instance == null)
     {
      instance = new Singleton3();
     }
    }
   }
   return instance;
  }
 }
}

该版本中试图去避免每次访问都进行加锁操作并实现线程安全。然后，这段代码对Java不起作用，因Java的内存模型不能保证在构造函数一定在其他对象引用instance之前完成。还有重要的一点，它不如后面的实现方式。

Version 4 - 不完全懒汉式，但不加锁的线程安全

public sealed class Singleton4
{
 private static readonly Singleton4 instance = new Singleton4();
 /// <summary>
 /// 显式的静态构造函数用来告诉C#编译器在其内容实例化之前不要标记其类型
 /// </summary>
 static Singleton4() { }
 private Singleton4() { }
 public static Singleton4 Instance
 {
  get
  {
   return instance;
  }
 }
}

这个版本是的实现非常的简单，但是却又是线程安全的。C#的静态构造函数只有在当其类的实例被创建或者有静态成员被引用时执行，在整个应用程序域中只会被执行一次。使用当前方式明显比前面版本中进行额外的判断要快。

当然这个版本也存在一些瑕疵：

不是真正意义上的懒汉模式(需要的时候才创建实例)，若单例类还存在其他静态成员，当其他类第一次引用这些成员时便会创建该instance。下个版本实现会修正这个问题；

只有.NET中才具有beforefieldinit特性，即懒汉式实现。且在.Net 1.1以前的编译器不支持，不过这个现在来看问题不大；

所有版本中，只有这里将instance设置成了readonly,这不仅保证了代码的高校且显得十分短小。

Version 5 - 完全懒汉实例化

public sealed class Singleton5
{
 private Singleton5() { }
 public static Singleton5 Instance { get { return Nested.instance; } }
 private class Nested
 {
  //Explicit static constructor to tell C# compiler
  //not to mark type as beforefieldinit
  static Nested()
  {
  }
  internal static readonly Singleton5 instance = new Singleton5();
 }
}

该版本看起来稍微复杂难懂，其实只是在写法上实现了上一版本的瑕疵，通过内嵌类的方式先实现了只有在真正应用Instance时才进行实例化。其性能表现与上一版本无异。

Version 6 - 使用.NET 4 Lazy<T> type 特性

public sealed class Singleton6
{
 private static readonly Lazy<Singleton6> lazy =
   new Lazy<Singleton6>(()=> new Singleton6());
 public static Singleton6 Instance { get { return lazy.Value; } }
 private Singleton6() { }
}

如果你使用的是.NET 4或其以上版本，可以使用System.Lazy<T> type来实现完全懒汉式。其代码看起来也很简洁且性能表现也很好。

性能 VS 懒汉式

一般情况下，我们并不需要实现完全懒汉式，除非你的构造初始化执行了某些费时的工作。因此一般的，我们使用显式的静态构造函数就能够适用。

本文翻译自Implementing the Singleton Pattern in C#, 作者在文中做了一些循环测试，具体的读者可直接阅读原文。

Exception

有时候在进行构造函数初始化时可能 会抛出异常，但这对整个应用程序来说不应该是致命的，所以可能的情况下，你应该自己处理这种异常情况。

总结

上述提供的几种实现方法中，一般情况下提倡使用Version 4，除非遇到有时早于单列类实例化时就引用了其他静态成员。这种情况下，Version 2一旦被考虑，虽然它看起来会因加锁耗时，但是其实运行起来并没有你想的那么慢，关键是你很容易写对它。

显然Version 1你永远都不应该考虑，Version 3在与Version 5的对比下也是不在考虑范围之内的。

到此这篇关于C#实现单例模式的文章就介绍到这了,更多相关C#实现单例模式内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

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什么是单例模式?

这里我就不做过多的解释了, 毕竟关于Singleton的资料实在是太多太多了。点击这里

简单的思路就是, 创建对象单例的动作转移到另外的行为上面, 利用一个行为去创建对象自身, 如下:

public class Singleton
    {
       private Sington() { }
        private static Singleton _Singleton = null;
        public static Singleton CreateInstance()
        {
            if (_Singleton == null)
            {
             Console.WriteLine("被创建");
             _Singleton = new Singleton();
            }
            return _Singleton;
        }
    }

这样写看上去是没有问题, 但是有没有那种可能, 同时两个动作都判断这个对象为空, 那么这个对象就会被创建2次？是的, 多线程中, 这样是无法保证单例。

就像这样, 同时创建多个线程去创建这个对象实例的时候, 会被多次创建, 这个时候, 对代码改进一下。

public class Singleton
    {
　　     private Sington() { }
        private static Singleton _Singleton = null;
        private static object Singleton_Lock = new object(); //锁同步
        public static Singleton CreateInstance()
        {
                lock (Singleton_Lock)
                {
　　　　　　　　　　　　Console.WriteLine("路过");
                    if (_Singleton == null)
                    {
　　　　　　　　　　　　　　Console.WriteLine("被创建");
                        _Singleton = new Singleton();
                    }
                }
            return _Singleton;
        }
    }

调试代码：

                TaskFactory taskFactory = new TaskFactory();
                List<Task> taskList = new List<Task>();

                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    taskList.Add(taskFactory.StartNew(() =>
                     {
                         Singleton singleton = Singleton.CreateInstance(); 
                     }));
                }

结果：

上面, 我们创建了多个线程,同时去创建这个对象的实例, 在第二次,对象命名已经被创建了, 尽管只创建了一次满足了我们的需求, 但是我们已知对象被创建了, 还需要进来做不必要的动作吗？

我们都知道, 同步锁为了达到预期的效果, 也是损耗了性能的, 那么下面的输出, 很显然是没必要的动作, 所以我们优化一下。

    public class Singleton
    {
        private static Singleton _Singleton = null;
        private static object Singleton_Lock = new object();
        public static Singleton CreateInstance()
        {
            if (_Singleton == null) //双if +lock
            {
                lock (Singleton_Lock)
                {
                    Console.WriteLine("路过。");
                    if (_Singleton == null)
                    {
                        Console.WriteLine("被创建。");
                        _Singleton = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return _Singleton;
        }
    }

结果：

很显然, 这样达到了我们的预期, 对象在被创建后, 就没必要做多余的行为。

利用静态变量实现单例模式

 public sealed class Singleton
    {
        private Singleton() { }

        private static readonly Singleton singleInstance = new Singleton();

        public static Singleton GetInstance
        {
            get
            {
                return singleInstance;
            }
        }
    }

是不是觉得很优雅, 利用静态变量去实现单例, 由CLR保证，在程序第一次使用该类之前被调用，而且只调用一次

PS: 但是他的缺点也很明显, 在程序初始化后, 静态对象就被CLR构造了, 哪怕你没用。

利用静态构造函数实现单例模式

 public class SingletonSecond
    {
        private static SingletonSecond _SingletonSecond = null;

        static SingletonSecond()
        {
            
            _SingletonSecond = new SingletonSecond();
        }
        
        public static SingletonSecond CreateInstance()
        {
            return _SingletonSecond;
        }
    }

静态构造函数：只能有一个，无参数的，程序无法调用 。

同样是由CLR保证，在程序第一次使用该类之前被调用，而且只调用一次。同静态变量一样, 它会随着程序运行, 就被实例化, 同静态变量一个道理。

单例模式中的延迟加载

延迟加载或延迟加载是一种设计模式，或者您可以说这是一个概念，通常用于将对象的初始化延迟到需要时。因此，延迟加载的主要目标是按需加载对象，或者您可以根据需要说出对象。

作为 .NET Framework 4.0 的一部分引入的惰性关键字为惰性初始化（即按需对象初始化）提供了内置支持。如果要使对象（如 Singleton）以延迟初始化，则只需将对象的类型（单例）传递给lazy关键字，如下所示。

private static readonly Lazy<Singleton> Instancelock = new Lazy<Singleton>(() => new Singleton());
 public sealed class Singleton
     {
         private Singleton()
         {}
 
         private static readonly Lazy<Singleton> Instancelock =
                     new Lazy<Singleton>(() => new Singleton());
 
         public static Singleton GetInstance
         {
             get
             {
                 return Instancelock.Value;
             }
         }
     }

到此这篇关于C#实现单例模式的多种方式的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。

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