设计模式 3
- 创建型模式(5):工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式
- 结构型模式(7):适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰者模式、外观模式、享元模式、代理模式
- 行为型模式(11):责任链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式、访问者模式
文章目录
- [设计模式 3](#设计模式 3)
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- [单例模式(Singleton Pattern)](#单例模式(Singleton Pattern))
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- [1 定义](#1 定义)
- [2 结构](#2 结构)
- [3 示例代码](#3 示例代码)
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- [1. 懒汉式(Lazy Initialization)](#1. 懒汉式(Lazy Initialization))
- [2. 线程安全的懒汉式](#2. 线程安全的懒汉式)
- [3. 双重检查锁定(Double-Check Locking)](#3. 双重检查锁定(Double-Check Locking))
- [4. 饿汉式(Eager Initialization)](#4. 饿汉式(Eager Initialization))
- [5. 静态内部类(Static Inner Class)](#5. 静态内部类(Static Inner Class))
- [6. 枚举(Enum)](#6. 枚举(Enum))
- [4 特点](#4 特点)
- [5 适用场景](#5 适用场景)
单例模式(Singleton Pattern)
1 定义
单例模式确保一个类只有一个实例,并提供一个访问该实例的全局访问点。它可以防止类被多次实例化,并且在某些情况下可以节省内存、确保一致性或控制资源的访问。
2 结构
单例模式的主要角色包括:
- 单例类(Singleton): 包含一个私有的静态变量来保存单例实例,并提供一个公共的静态方法来返回这个实例。
UML 类图
scss
+----------------------+
| Singleton |
+----------------------+
| - instance: Singleton|
+----------------------+
| + getInstance(): |
| Singleton |
+----------------------+
3 示例代码
单例模式的实现有多种方式,以下是最常见的几种。
1. 懒汉式(Lazy Initialization)
懒汉式实现中,实例在第一次调用 getInstance()
方法时才被创建。这种方式可以延迟实例的创建,节省资源,但在多线程环境下需要进行同步以保证线程安全。
csharp
public class Singleton
{
private static Singleton _instance;
// 构造函数设置为私有,防止通过new创建实例
private Singleton() { }
public static Singleton GetInstance()
{
if (_instance == null)
{
_instance = new Singleton();
}
return _instance;
}
}
2. 线程安全的懒汉式
为了保证线程安全,可以在 getInstance
方法上添加 lock
关键字,但这样可能会降低性能。
csharp
public class Singleton
{
private static Singleton _instance;
private static readonly object _lock = new object();
private Singleton() { }
public static Singleton GetInstance()
{
lock (_lock)
{
if (_instance == null)
{
_instance = new Singleton();
}
}
return _instance;
}
}
3. 双重检查锁定(Double-Check Locking)
这种方法在检查实例是否已经存在时只加一次锁,提高了性能。这是线程安全且高效的实现方式。
csharp
public class Singleton
{
private static Singleton _instance;
private static readonly object _lock = new object();
private Singleton() { }
public static Singleton GetInstance()
{
if (_instance == null)
{
lock (_lock)
{
if (_instance == null)
{
_instance = new Singleton();
}
}
}
return _instance;
}
}
4. 饿汉式(Eager Initialization)
饿汉式在类加载时就创建实例,因此不存在线程安全问题,但如果实例比较大且未使用时,会浪费资源。
csharp
public class Singleton
{
private static readonly Singleton _instance = new Singleton();
// 构造函数设置为私有,防止通过new创建实例
private Singleton() { }
public static Singleton GetInstance()
{
return _instance;
}
}
5. 静态内部类(Static Inner Class)
使用静态内部类的方式可以实现延迟加载和线程安全。静态内部类的实例只会在第一次被引用时初始化,因此可以实现懒加载效果。
csharp
public class Singleton
{
private Singleton() { }
private static class SingletonHolder
{
internal static readonly Singleton _instance = new Singleton();
}
public static Singleton GetInstance()
{
return SingletonHolder._instance;
}
}
6. 枚举(Enum)
使用枚举来实现单例是最简单和安全的方式,因为枚举实例化是线程安全的,并且只会被实例化一次。这种方式不仅实现了单例,而且还能防止反序列化和反射攻击。
csharp
public enum Singleton
{
Instance;
public void SomeMethod()
{
Console.WriteLine("Singleton method called.");
}
}
4 特点
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优点:
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控制实例数量: 确保系统中只有一个实例存在,减少内存开销。
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全局访问点: 提供了一个全局访问点,便于共享实例。
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避免资源冲突: 多个线程或进程访问同一资源时,单例模式可以有效地避免冲突。
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缺点:
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不易扩展: 由于单例类不能被继承,或者不应该被继承,导致其难以扩展。
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隐藏依赖: 单例模式通过全局访问点共享状态,可能导致隐藏依赖,使得代码难以理解和测试。
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多线程问题: 在多线程环境下实现单例模式需要小心处理,否则可能导致线程安全问题。
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5 适用场景
- 需要全局唯一实例的场景: 如线程池、数据库连接池、配置文件管理器等。
- 需要控制资源的场景: 如打印机管理类,控制对同一资源的并发访问。
- 需要共享状态的场景: 如应用程序的日志类,保证所有日志信息都记录到同一对象中。
单例模式在实际开发中非常常见,但在使用时要注意其潜在的缺陷,特别是在多线程和高并发的环境下,需要选择合适的实现方式以确保线程安全。