【unity进阶知识1】最详细的单例模式的设计和应用,继承和不继承MonoBehaviour的单例模式,及泛型单例基类的编写

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前言

在游戏开发中,单例模式应该是我们最常见也是用的最多的设计模式了,但是你真的了解它吗?

本文通过实例分析,我们将阐述如何设计和应用单例模式,以提高代码的可维护性和复用性。无论是初学者还是经验丰富的开发者,这篇文章都将为你提供实用的技巧和深入的理解,帮助你在 Unity 项目中更有效地管理资源和对象。

一、不使用单例

为什么要是有单例?我们先来看看不使用单例的情况下如何访问不同类方法

新增TestModel ,新增Log测试方法

csharp 复制代码
public class TestModel 
{
    public int money = 100;
    public int level = 2;

    public void Log(){
        Debug.Log($"打印金额:{money}");
        Debug.Log($"打印等级:{level}");
    }
}

调用Log方法

csharp 复制代码
TestModel testModel = new TestModel();
testModel.Log();

运行效果,打印日志信息

可以发现,每次调用Log方法,我们都需要先实例化TestModel。如果我们还希望TestModel 数据应该保证整个游戏只有一份的,但是现在我们可以随意实例化多份TestModel 数据,这样我们就分不清哪个才是我们要的真正的数据

单例模式就可以很好的解决这个问题,而且访问的时候也可以非常方便的访问

二、普通单例模式

1、单例模式介绍

如果要让一个类只有唯一的一个对象,则可以使用单例模式来写。使用的时候用"类名.Instance.成员名"的形式来访问这个对象的成员。

实现步骤:

  • 1、把构造函数私有化,防止外部创建对象。
  • 2、提供一个属性给外部访问,这个属性就相当于是这个类唯一的对象。

单例模式分为饿汉式和懒汉式两种。

  • 1、饿汉式单例模式:
    在程序一开始的时候就创建了单例对象。但这样一来,这些对象就会在程序一开始时就存在于内存之中,占据着一定的内存。
  • 2、懒汉式单例模式:
    在用到单例对象的时候才会创建单例对象。

2、不继承MonoBehaviour的单例模式

2.1、基本实现

按前面的介绍编写代码

csharp 复制代码
public class TestModel 
{
    private static TestModel instance;
    public static TestModel Instance { 
        get { 
            //保证对象的唯一性
            if (instance == null){
                instance = new TestModel();
            }
            return instance; 
        } 
    }

    public int money = 100;
    public int level = 2;

    public void Log(){
        Debug.Log($"打印金额:{money}");
        Debug.Log($"打印等级:{level}");
    }
}

调用Log方法

csharp 复制代码
TestModel.Instance.Log();

运行效果,打印日志信息,和之前的一样

现在无论你如何访问,都是同一个实例

2.2、防止外部实例化对象

当然,你会发现目前还是可以通过之前非单例模式进行访问TestModel数据

csharp 复制代码
TestModel testModel = new TestModel();

如果你想防止外部实例化对象,其实也很简单,只要定义私有的构造方法即可

csharp 复制代码
private TestModel(){}

2.3、最终代码

csharp 复制代码
public class TestModel 
{
    private static TestModel instance;
    public static TestModel Instance { 
        get { 
            //保证对象的唯一性
            if (instance == null){
                instance = new TestModel();
            }
            return instance; 
        } 
    }

    //定义私有的构造方法,防止外部实例化对象
    private TestModel(){}

    public int money = 100;
    public int level = 2;

    public void Log(){
        Debug.Log($"打印金额:{money}");
        Debug.Log($"打印等级:{level}");
    }
}

3、继承MonoBehaviour的单例模式

3.1、基本实现

继承MonoBehaviour的单例模式和前面类似,唯一的区别就是我们需要使用FindObjectOfType<T>() 来获取组件的引用,它是 Unity 中的一个方法,用于在场景中查找并返回类型为 T 的第一个实例。

csharp 复制代码
public class TestUI : MonoBehaviour 
{
    //定义私有的构造方法,防止外部实例化对象
    private TestUI(){}

    private static TestUI instance;
    public static TestUI Instance { 
        get { 
            //保证对象的唯一性
            if (instance == null){
                instance = FindObjectOfType<TestUI>();
            }
            return instance; 
        } 
    }

    public void Log(){
        Debug.Log("打印日志:访问成功");
    }
}

调用

csharp 复制代码
TestUI.Instance.Log();

直接执行肯定报空引用异常错误

因为我们继承了monobehavior的脚本,所以要要挂载到游戏场景身上才有用,记得挂载脚本

运行效果

3.2、自动创建和挂载单例脚本

如果每次访问单例我们都需要手动挂载脚本,那也太麻烦了,所以一般我们都通过代码自动创建和挂载对应脚本

csharp 复制代码
GameObject go = new GameObject("TestUI");//创建游戏对象
instance = go.AddComponent<TestUI>();//挂载脚本到游戏对象

3.3、切换场景不销毁单例对象

即使我们在当前场景创建了单例对象,但是切换到一个新场景,必然会销毁之前的所有对象,这样就找不到之前创建的单例对象了

我们可以使用DontDestroyOnLoad(instance);,用于确保指定的游戏对象在加载新场景时不会被销毁。通常,当场景切换时,Unity 会销毁当前场景中的所有对象,但使用这个方法后,调用的对象(例如单例模式中的实例)将保持存在。

3.4、最终代码

csharp 复制代码
public class TestUI : MonoBehaviour 
{
    //定义私有的构造方法,防止外部实例化对象
    private TestUI(){}

    private static TestUI instance;
    public static TestUI Instance { 
        get { 
            //保证对象的唯一性
            if (instance == null){
                instance = FindObjectOfType<TestUI>();
                if(instance == null){
                    GameObject go = new GameObject("TestUI");//创建游戏对象
                    instance = go.AddComponent<TestUI>();//挂载脚本到游戏对象
                }
                DontDestroyOnLoad(instance);
            }
            
            return instance; 
        } 
    }

    public void Log(){
        Debug.Log("打印日志:访问成功");
    }
}

三、泛型单例基类

一个游戏可能有很多个单例,如果每个单例都需要书写这么多代码,既麻烦又容易出错,我们可以选择定义泛型单例基类

1、不继承MonoBehaviour的单例模式基类

1.1、基本实现

我们没办法new泛型T,所以使用反射

csharp 复制代码
/// <summary>
/// 不继承MonoBehaviour的泛型单例基类
/// </summary>
public class Singleton<T> where T : Singleton<T>
{
    private static T instance;

    public static T Instance
    {
        get
        {
            // 保证对象的唯一性
            if (instance == null)
            {
                instance = Activator.CreateInstance(typeof(T), true) as T; // 使用反射创建实例
            }
            return instance;
        }
    }

    // 私有构造函数,防止外部实例化
    protected Singleton() { }
}

使用,想要成为单例的类直接这个继承Singleton泛型单例基类即可,就不需要重复写那么多代码了

csharp 复制代码
public class TestModel : Singleton<TestModel>
{
    // //定义私有的构造方法,防止外部实例化对象
    // private TestModel(){}

    // private static TestModel instance;
    // public static TestModel Instance { 
    //     get { 
    //         //保证对象的唯一性
    //         if (instance == null){
    //             instance = new TestModel();
    //         }
    //         return instance; 
    //     } 
    // }

    public int money = 100;
    public int level = 2;

    public void Log(){
        Debug.Log($"打印金额:{money}");
        Debug.Log($"打印等级:{level}");
    }
}

调用,调用和之前一样

csharp 复制代码
TestModel.Instance.Log();

结果,正常打印

1.2、防止外部实例化对象

不过现在我们又可以通过实例化的方式直接进行访问TestModel数据

csharp 复制代码
TestModel testModel = new TestModel();

我们可以和前面一样,定义私有的构造方法,防止外部实例化对象

csharp 复制代码
private TestModel(){}

不过为了方便,我们通常都不这么做,因为这样每个类我们又要新增这段构造方法,完全没有必要。多人协作时,我们只需要内部沟通好,单例不要通过实例化访问即可。

1.3、 多线程访问单例时会遇到问题

我们可以使用lock线程锁和volatile关键字进行处理。
lock线程锁当多线程访问时,同一时刻仅允许一个线程访问。
volatile关键字修饰的字段,当多个线程都对它进行修改时,可以确保这个字段在任何时刻呈现的都是最新的值。

csharp 复制代码
private static object locker = new object();
private volatile static T instance;

1.3、最终代码

csharp 复制代码
using System;

/// <summary>
/// 不继承MonoBehaviour的泛型单例基类
/// </summary>
public class Singleton<T> where T : Singleton<T>
{
    //线程锁。当多线程访问时,同一时刻仅允许一个线程访问
    private static object locker = new object();

    //volatile关键字修饰的字段,当多个线程都对它进行修改时,可以确保这个字段在任何时刻呈现的都是最新的值
    private volatile static T instance;

    public static T Instance
    {
        get
        {
            if (instance == null)
            {
                lock (locker)
                {
                    // 保证对象的唯一性
                    if (instance == null)
                    {
                        instance = Activator.CreateInstance(typeof(T), true) as T; // 使用反射创建实例
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }

    // 私有构造函数,防止外部实例化
    protected Singleton() { }
}

2、继承MonoBehaviour的单例模式基类

2.1、基本实现

csharp 复制代码
using UnityEngine;

/// <summary>
/// 继承MonoBehaviour的泛型单例基类
/// </summary>
public class SingletonMono<T> : MonoBehaviour where T : MonoBehaviour
{
    private static T instance;

    public static T Instance
    {
        get
        {
            if (instance == null)
            {
                instance = FindObjectOfType<T>();
                if (instance == null)
                {
                    GameObject go = new GameObject(typeof(T).Name); // 创建游戏对象
                    instance = go.AddComponent<T>(); // 挂载脚本
                }
            }
            return instance;
        }
    }

    
    // 构造方法私有化,防止外部 new 对象
    protected SingletonMono() { }
}

使用

csharp 复制代码
public class TestUI : SingletonMono<TestUI> 
{
    // //定义私有的构造方法,防止外部实例化对象
    // private TestUI(){}

    // private static TestUI instance;
    // public static TestUI Instance { 
    //     get { 
    //         //保证对象的唯一性
    //         if (instance == null){
    //             instance = FindObjectOfType<TestUI>();
    //             if(instance == null){
    //                 GameObject go = new GameObject("TestUI");//创建游戏对象
    //                 instance = go.AddComponent<TestUI>();//挂载脚本到游戏对象
    //             }
    //             DontDestroyOnLoad(instance);
    //         }
            
    //         return instance; 
    //     } 
    // }

    public void Log(){
        Debug.Log("打印日志:访问成功");
    }
}

调用

csharp 复制代码
TestUI.Instance.Log();

效果,正常访问

2.2、切换场景不销毁单例对象

和前面一样,同样加上DontDestroyOnLoad(instance);即可

2.3、在OnDestroy方法中访问单例对象

如果直接在在OnDestroy方法中访问单例对象

csharp 复制代码
private void OnDestroy() {
    TestUI.Instance.Log();
}

每次运行结束时会报错:
Some objects were not cleaned up when closing the scene.(Did you spawn new GameObjects from OnDestroy?)

修改SingletonMono基类,我们可以新增变量IsExisted 记录单例对象是否存在,在成功实例化时IsExisted= trueOnDestroyIsExisted=false

csharp 复制代码
public static bool IsExisted { get; private set; } = false;

在OnDestroy调用时,先判断IsExisted是否为true

csharp 复制代码
private void OnDestroy() {
    if(TestUI.IsExisted) TestUI.Instance.Log();
}

效果,开始运行执行一次,结束运行调用OnDestroy又执行一次,且无报错

2.4、最终代码

csharp 复制代码
using UnityEngine;

/// <summary>
/// 继承MonoBehaviour的泛型单例基类
/// </summary>
public class SingletonMono<T> : MonoBehaviour where T : MonoBehaviour
{
    //记录单例对象是否存在。用于防止在OnDestroy方法中访问单例对象报错
    public static bool IsExisted { get; private set; } = false;

    private static T instance;

    public static T Instance
    {
        get
        {
            if (instance == null)
            {
                instance = FindObjectOfType<T>();
                if (instance == null)
                {
                    GameObject go = new GameObject(typeof(T).Name); // 创建游戏对象
                    instance = go.AddComponent<T>(); // 挂载脚本
                }
            }
            DontDestroyOnLoad(instance);
            IsExisted = true;
            return instance;
        }
    }

    
    // 构造方法私有化,防止外部 new 对象
    protected SingletonMono() { }

    private void OnDestroy() {
        IsExisted = false;
    }
}

完结

赠人玫瑰,手有余香!如果文章内容对你有所帮助,请不要吝啬你的点赞评论和关注,你的每一次支持都是我不断创作的最大动力。当然如果你发现了文章中存在错误或者有更好的解决方法,也欢迎评论私信告诉我哦!

好了,我是向宇https://xiangyu.blog.csdn.net

一位在小公司默默奋斗的开发者,闲暇之余,边学习边记录分享,站在巨人的肩膀上,通过学习前辈们的经验总是会给我很多帮助和启发!如果你遇到任何问题,也欢迎你评论私信或者加群找我, 虽然有些问题我也不一定会,但是我会查阅各方资料,争取给出最好的建议,希望可以帮助更多想学编程的人,共勉~

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