C# 23种设计模式（1）单例模式（单件模式）

一、单例模式介绍

单例模式（Singleton Pattern） 是一种创建型设计模式，++它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点++。这个模式在需要一个对象被共享且全局唯一的情况下非常有用，比如配置对象、日志对象、数据库连接对象等。

单例模式的主要作用包括：

1. 提供全局唯一的访问点，方便代码调用和管理。
2. 避免不必要的内存开销和资源浪费，因为只有一个实例存在。
3. 提高代码的可维护性和可扩展性，因为修改单例对象的行为非常方便。

然而，单例模式也存在一些缺点，如可能导致职责过多 、线程安全问题 和测试困难等。因此，在使用单例模式时需要谨慎考虑其适用场景和潜在问题。

二、单例模式代码实现

在C#中，单例模式的实现方法有多种，常见的包括：

1. 饿汉式 (Eager Initialization)

饿汉式在类加载时就创建实例，线程安全但可能浪费资源（如果实例从未被使用）。

public sealed class SingletonEager
{
    private static readonly SingletonEager _instance = new SingletonEager();

    // 私有构造函数防止外部实例化
    private SingletonEager()
    {
    }
    //其他类通过SingletonEager.Instance来调用这个类的唯一实例
    public static SingletonEager Instance
    {
        get { return _instance; }
    }

    // 其他方法和属性...
}

2. 懒汉式 (Lazy Initialization)

懒汉式在第一次使用时才创建实例，但需要注意线程安全问题。这里为了预防线程安全，加了一个lock。在多线程调用这个类的单例时，先得到lock的线程调用实例时，其他线程会等待。

public class SingletonLazy
{
    // volatile确保当instance变量被初始化成Instance时，多个线程能够正确处理instance变量
    private static volatile SingletonLazy _instance;
    // 锁定对象
    private static readonly object _lock = new object();

    // 私有构造函数防止外部实例化
    private SingletonLazy()
    {
    }

    public static SingletonLazy Instance
    {
        get
        {
            lock (_lock) // 加锁
            {
                if (_instance == null) 
                {
                    _instance = new SingletonLazy();
                }
            }

            return _instance;
        }
    }

    // 其他方法和属性...
}

3. 双重检查锁定 (Double-Checked Locking with volatile)

判断两次if (_instance == null) ，在几十几百个线程都使用这个实例时就不用排队等待锁了，避免了线程堵塞。并且使用了volatile关键字以避免指令重排序问题。

public class SingletonDoubleChecked
{
    // 使用volatile确保多线程正确处理instance的可见性
    private static volatile SingletonDoubleChecked _instance;
    // 锁定对象
    private static readonly object _lock = new object();

    // 私有构造函数防止外部实例化
    private SingletonDoubleChecked()
    {
    }

    public static SingletonDoubleChecked Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null) // 第一次检查
            {
                lock (_lock) // 加锁
                {
                    if (_instance == null) // 第二次检查
                    {
                        _instance = new SingletonDoubleChecked();
                    }
                }
            }
            return _instance;
        }
    }

    // 其他方法和属性...
}