单例模式的实现

先上示例

public class DeviceManager
{

    private readonly Dictionary<string, Device> _devices;

    private DeviceManager()
    {
        _devices = new Dictionary<string, Device>();
    }

    public static DeviceManager Instance { get; } = new DeviceManager();    // { get; } 只读，外部不可对Instance做修改
    //也可能不叫Instance ， Shared ，Default

    public void AddDevice(Device device)
    {
        if (device == null)
        {
            throw new ArgumentNullException(nameof(device));    //nameof(device)获取变量名
        }

        if (_devices.ContainsKey(device.Name))
        {
            throw new ArgumentException("Device with the same name already exists.");
        }

        lock (_devices)
        {
            _devices.Add(device.Name, device);
        }
    }

    public Device GetDevice(string name)
    {
        if (name == null)
        {
            throw new ArgumentNullException(nameof(name));
        }

        lock (_devices)
        {
            _devices.TryGetValue(name, out var device);
            return device;
        }           
    }
}

public class Device
{
    public string Name { get; internal set; }
}

代码调用

try
{
    DeviceManager.Instance.AddDevice(new Device { Name = "Device1" });
    var device = DeviceManager.Instance.GetDevice("Device1");
    Console.WriteLine(device.Name) ;

    Console.ReadKey();
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine(ex.Message);
}

为什么要使用单例模式？

线程安全：在需要多线程环境下使用时，单例模式可以提供线程安全的访问控件。DeviceManager.Instance 是静态属性，有.Net Framework在程序加载时进行初始化，确保了多线程下的安全范围

为什么会有线程安全问题：在多线程环境中，需确保数据和资源的安全访问，因为多个线程同时操作共享的数据可能会导致数据不一致的行为。

为什么单例能保证线程安全：在下面例子中，静态属性DeviceManage.Instance 是在程序加载时初始化的，且只会初始化一次，确保软件整个生命周期内，只有一个 DeviceManage.Instance 实例存在

保证线程安全的方式：

1.静态属性的初始化是由 CLR（Common Language Runtime）保证的， CLR会在第一次访问静态属性时进行初始化，并且会阻止多个线程同时进行初始化操作，避免竞态条件。

2.互斥访问：DeviceManger 类的方法，字段和构造器都是私有的，因此外部无法直接修改_device字典，内部方法又是可控的（可以通过Lock），这样可以避免多个线程同时修改_Device 引起并发问题

3.线程同步：如果 DeviceManager 类中存在需要多线程访问和修改的共享资源，可以使用线程同步机制来确保安全访问，比如使用 lock 关键字或者 Monitor 类来保护关键代码段，防止多线程竞争条件的发生。

此外单例模式的优点：全局访问、资源共享、避免重复实例化、单一职责

适用单例的场景

1.全局状态（配置文件读取，系统设置）或配置

2.资源管理（数据库连接池，文件系统管理器，线程池）

3.日志记录日志记录器

4.缓存管理缓存系统通常需要统一管理，以便在不同部分的应用程序中共享数据。

5.设备连接管理管理外部设备（打印机，传感器）或网络连接时，需要确保系统中只有一个控制器实例来管理设备的通讯或连接

6.服务定位器

不适用单例的场景

多线程问题：当单例模式未正确实现时
测试和依赖注入: 需了解**
单例可能会增加耦合性