Unity 设计模式-单例模式（Singleton）详解

设计模式

设计模式 是指在软件开发中为解决常见问题而总结出的一套 可复用的解决方案。这些模式是经过长期实践证明有效的 编程经验总结，并可以在不同的项目中复用。设计模式并不是代码片段，而是对常见问题的 抽象解决方案，它提供了代码结构和模块间交互的一种设计思路，帮助开发者解决特定的设计问题。

设计模式总共有23种，总体来说可以分为三大类：创建型模式(Creational Patterns)、结构型模

式(Structural Patterns)和行为型模式(Behavioral Patterns)。
创建型模式：工厂模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式关注于对象的创建，同时隐藏创建逻辑
结构型模式 ：适配器模式、过滤器模式、装饰模式、元模式、代理模式、外观模式、组合模式、桥接模式关注类和对象之间的组合
行为型模式：责任链模式、命令模式、中介者模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板模式、空对象模式、忘录模式、迭代器模式、解释器模式、访问者模式关注对象之间的通信

设计模式的特点：

• 通用性：设计模式针对的是软件开发中常见的设计问题，适用于各种软件工程项目。
• 可复用性：设计模式可以在不同项目和环境下被重复使用，提高代码的可维护性和扩展性。
• 可扩展性：设计模式有助于让代码结构更加灵活，易于扩展和修改。
• 模块化：通过设计模式，可以减少代码的耦合性，增强模块间的独立性。
• 提高沟通效率：设计模式为开发者提供了一种通用的设计语言，使得团队成员能够快速理解并讨论设计方案。

单例模式（Singleton）

单例模式 (Singleton Pattern) 是一种创建型设计模式，保证一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例。它通过控制类的实例化过程，确保系统中只有一个该类的对象存在。

在单例模式中，类的构造函数通常是私有的，防止外部通过 new 来创建对象，类内部维护一个静态实例，通过公共的静态方法提供访问。

单例模式的优点：

• 在内存中只有一个对象，节省内存空间。
• 避免频繁的创建销毁对象，可以提高性能。
• 避免对共享资源的多重占用。
• 可以全局访问。

**适用场景：**由于单例模式的以上优点，所以是编程中用的比较多的一种设计模式。我总结了一下我所知道的适合使用单例模式的场景：

• 需要频繁实例化然后销毁的对象。
• 创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。
• 有状态的工具类对象。
• 频繁访问数据库或文件的对象。
• 以及其他我没用过的所有要求只有一个对象的场景。

单例模式注意事项：

• 只能使用单例类提供的方法得到单例对象，不要使用反射，否则将会实例化一个新对象。
• 不要做断开单例类对象与类中静态引用的危险操作。
• 多线程使用单例使用共享资源时，注意线程安全问题。

总之，单例模式 主要用于控制对象的实例化，确保系统中只有一个类的实例，并通过全局访问点来控制对象的使用。它适用于需要全局共享资源、统一管理的场景，如日志系统、数据库连接池等。尽管单例模式在某些场景下有助于提升系统的稳定性和效率，但也应谨慎使用，以避免全局状态管理复杂化或滥用全局访问带来的耦合问题。

在 Unity 中使用 单例模式

在 Unity 中，实现一个线程安全的普通类 和MonoBehaviour 类的泛型单例时，必须考虑以下几点：

1. 普通类单例 ：不能被 new，并且在多线程环境下线程安全。
2. MonoBehaviour 单例 ：由于 MonoBehaviour 的实例是通过 Unity 的 AddComponent 创建的，不能直接通过 new，也需要保证在多线程环境下的安全性。

普通型（new）泛型单例模式

public abstract class Singleton<T> where T : class, new()
{
    private static T _instance = null;
 
    // 多线程安全机制
    private static readonly object locker = new object();
 
    public static T Instance
    {
        get
        {
            lock (locker)
            {
                if (_instance == null)
                    _instance = new T();
                return _instance;
            }
        }
    }
}

MonoBehaviour 的泛型单例模式

私有构造函数

为了防止在类外部创建新的实例，将构造函数设为私有，这样其他类就不能直接通过 new 关键字来实例化该类。

using UnityEngine;

public class Singleton : MonoBehaviour
{
 
    private static Singleton _instance;
 
    // 私有构造函数
    private Singleton() { }
 
    // 静态访问方法
    public static Singleton GetInstance()
    {
        if (_instance == null)
        {
            _instance = this;
        }
        return instance;
    }
    // 可选：添加其他功能和数据到这个单例类
 
}

静态字段访问

如果我们想直接使用 instance 这个变量，我们可以将 instance 定义为公共字段而不是属性。这样，在其他脚本中就可以直接通过 GameManager.instance 来访问它。

public class GameManager : MonoBehaviour 
{

    public static GameManager _instance;
 
    private void Awake()
    {
        if(_instance!=null)
        {
            Destroy(gameObject);
        }
        else
        {
            _instance = this;
            DontDestroyOnLoad(gameObject);
        }
    }
    public void Walk()
    {
        // 实现 Walk 方法的代码
    }
}

在上面的例子中， GameManager 类的 instance 字段被定义为公共静态。在 Awake() 方法中，如果 instance 为 null ，则将当前实例赋值给 instance ，否则销毁重复的实例。这样，我们就可以在其他脚本中通过 GameManager.instance 来访问 GameManager 的唯一实例。

单例使用方式

GameManager.instance.Walk();

这样就可以直接调用 Walk() 方法而无需加括号。请注意，使用这种方式时，确保在调用 GameManager.instance 之前， GameManager 类的实例已经被正确初始化。

两种方法比较

两种方法各有优缺点，取决于我们的需求和项目的规模。让我们来比较一下：

（1）使用静态方法：

优点：

易于理解和维护：使用 GetInstance() 等明确的静态方法，可以清楚地表明我们正在获取单例实例。

更好的封装：通过静态方法，可以对实例创建的逻辑进行更好的封装，确保在获取实例时进行一些初始化或其他操作。

更安全：可以更好地控制实例的创建过程，避免因不当的直接访问导致的意外行为。

缺点：

冗余代码：在使用单例的时候，可能需要多次写 GetInstance() 方法调用，造成一定程度的代码冗余。

（2）使用公共静态字段：

优点：

简洁：直接使用 GameManager.instance 来访问单例实例，代码更加简洁明了。

减少方法调用：省略了调用静态方法的过程，直接使用字段访问。

缺点：

可读性和维护性较差：在代码中，我们无法清楚地看出 instance 是来自单例模式的，初次阅读代码可能会不太容易理解。

可能不够安全：由于没有封装的控制，其他代码可能会直接修改或重置 instance ，可能导致单例实例状态的不稳定。

综上所述，如果我们更关注代码的可读性、维护性和安全性，推荐使用静态方法来获取单例实例。这种方式使代码更具意图，并且允许在获取实例时进行更好的封装和控制。

如果我们更看重代码的简洁性，并且确认在项目中不会出现意外的直接修改 instance 的情况，使用公共静态字段可能会更加方便。

不管选择哪种方式，确保单例的创建和初始化逻辑是正确的，并且在使用单例实例时要小心避免潜在的错误和异常。

今天是2024年11月23日

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