Singleton設(shè)計(jì)模式的C#實(shí)現(xiàn)

電子科技大學(xué) 張申 (handi@sina.com)

關(guān)鍵字：singleton 設(shè)計(jì)模式 同步 C#



1 Singleton模式。

Singleton（譯為單件或單態(tài)）模式是設(shè)計(jì)模式中比較簡單而常用的模式。

有些時(shí)候在整個(gè)應(yīng)用程序中，會(huì)要求某個(gè)類有且只有一個(gè)實(shí)例，這個(gè)時(shí)候可以采用Singleton模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。用Singleton模式設(shè)計(jì)的類不僅能保證在應(yīng)用中只有一個(gè)實(shí)例，而且提供了一種非全局變量的方法進(jìn)行全局訪問，稱為全局訪問點(diǎn)，這樣對(duì)于沒有全局變量概念的純面向?qū)ο笳Z言來說是非常方便的，比如C#。

本文用一個(gè)計(jì)數(shù)器的例子來描述在C#中如何使用Singleton模式：計(jì)數(shù)的值設(shè)計(jì)為計(jì)數(shù)器類的一個(gè)私有成員變量，它被4個(gè)不同的線程進(jìn)行讀寫操作，為保證計(jì)數(shù)的正確性，在整個(gè)應(yīng)用當(dāng)中必然要求計(jì)數(shù)器類的實(shí)例是唯一的。



2 Singleton的實(shí)現(xiàn)方式。

首先看看教科書方式的Singleton標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的兩種方法，以下用的是類C#偽代碼：

方法一：

using System;

namespace csPattern.Singleton

{

public class Singleton

{

static Singleton uniSingleton = new Singleton();

private Singleton() {}

static public Singleton instance()

{

return uniSingleton;

}

}

}

方法二：

using System;

namespace csPattern.Singleton

{

public class Singleton

{

static Singleton uniSingleton;

private Singleton() {}

static public Singleton instance()

{

if (null == uniSingleton)

{

uniSingleton = new Singleton _lazy();

}

return uniSingleton;

}

}

}



Singleton模式的實(shí)現(xiàn)有兩個(gè)技巧：一是使用靜態(tài)成員變量保存“全局”的實(shí)例，確保了唯一性，使用靜態(tài)的成員方法instance() 代替 new關(guān)鍵字來獲取該類的實(shí)例，達(dá)到全局可見的效果。二是將構(gòu)造方法設(shè)置成為private，如果使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建類的實(shí)例，則編譯報(bào)錯(cuò)，以防編程時(shí)候筆誤。

上面方法二的初始化方式稱為lazy initialization，是在第一次需要實(shí)例的時(shí)候才創(chuàng)建類的實(shí)例，與方法一中類的實(shí)例不管用不用一直都有相比，方法二更加節(jié)省系統(tǒng)資源。但是方法二在多線程應(yīng)用中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)實(shí)例化的現(xiàn)象。

假設(shè)這里有2個(gè)線程：主線程和線程1，在創(chuàng)建類的實(shí)例的時(shí)候可能會(huì)遇到一些原因阻塞一段時(shí)間（比如網(wǎng)絡(luò)速度或者需要等待某些正在使用的資源的釋放），此時(shí)的運(yùn)行情況如下：

主線程首先去調(diào)用instance()試圖獲得類的實(shí)例，instance()成員方法判斷該類沒有創(chuàng)建唯一實(shí)例，于是開始創(chuàng)建實(shí)例。由于一些因素，主線程不能馬上創(chuàng)建成功，而需要等待一些時(shí)間。此時(shí)線程1也去調(diào)用instance()試圖獲得該類的實(shí)例，因?yàn)榇藭r(shí)實(shí)例還未被主線程成功創(chuàng)建，因此線程1又開始創(chuàng)建新實(shí)例。結(jié)果是兩個(gè)線程分別創(chuàng)建了兩次實(shí)例，對(duì)于計(jì)數(shù)器類來說，就會(huì)導(dǎo)致計(jì)數(shù)的值被重置，與Singleton的初衷違背。解決這個(gè)問題的辦法是同步。

下面看看本文的計(jì)數(shù)器的例子的實(shí)現(xiàn)：



使用方法一：

using System;

using System.Threading;

namespace csPattern.Singleton

{

public class Counter

{

static Counter uniCounter = new Counter(); //存儲(chǔ)唯一的實(shí)例。

private int totNum = 0; //存儲(chǔ)計(jì)數(shù)值。

private Counter()

{

Thread.Sleep(100); //這里假設(shè)因?yàn)槟撤N因素而耽擱了100毫秒。

//在非lazy initialization 的情況下, 不會(huì)影響到計(jì)數(shù)。.

}

static public Counter instance()

{

return uniCounter;

}

public void Inc() { totNum ++;} //計(jì)數(shù)加1。

public int GetCounter() { return totNum;} //獲得當(dāng)前計(jì)數(shù)值。

}

}



以下是調(diào)用Counter類的客戶程序，在這里我們定義了四個(gè)線程同時(shí)使用計(jì)數(shù)器，每個(gè)線程使用4次，最后得到的正確結(jié)果應(yīng)該是16：



using System;

using System.IO;

using System.Threading;

namespace csPattern.Singleton.MutileThread

{

public class MutileClient

{

public MutileClient() {}

public void DoSomeWork()

{

Counter myCounter = Counter.instance(); //方法一

//Counter_lazy myCounter = Counter_lazy.instance(); //方法二

for (int i = 1; i < 5; i++)

{

myCounter.Inc();

Console.WriteLine("線程{0}報(bào)告: 當(dāng)前counter為: {1}", Thread.CurrentThread.Name.ToString(), myCounter.GetCounter().ToString());

}

}

public void ClientMain()

{

Thread thread0 = Thread.CurrentThread;

thread0.Name = "Thread 0";

Thread thread1 =new Thread(new ThreadStart(this.DoSomeWork));

thread1.Name = "Thread 1";

Thread thread2 =new Thread(new ThreadStart(this.DoSomeWork));

thread2.Name = "Thread 2";

Thread thread3 =new Thread(new ThreadStart(this.DoSomeWork));

thread3.Name = "Thread 3";

thread1.Start();

thread2.Start();

thread3.Start();

DoSomeWork(); //線程0也只執(zhí)行和其他線程相同的工作。

}

}

}

(接