c# Lazy<T>单例模式 - 延迟初始化单例实例示例与详解

Lazy 延迟初始化单例实例示例与详解

Lazy<T> 是 C# 中用于延迟初始化的类,它允许你在第一次访问对象时才创建实例,而不是在程序启动时就创建实例。这在单例模式中非常有用,因为它可以避免不必要的资源消耗。

1. Lazy 的基本用法

Lazy<T> 的构造函数接受一个委托(Func<T>),用于定义如何创建实例。

csharp 复制代码
using System;

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

    // 定义一个 Lazy<T> 实例
    private static readonly Lazy<Singleton> _instance = new Lazy<Singleton>(() => new Singleton());

    // 公开的静态属性,用于获取单例实例
    public static Singleton Instance => _instance.Value;
}
2. 代码详解
  • Lazy<Singleton>:

    • 这里使用 Lazy<Singleton> 来实现延迟初始化。
    • _instance 是一个静态只读字段,它的类型是 Lazy<Singleton>
  • Lazy<T> 的构造函数:

    • new Lazy<Singleton>(() => new Singleton())
      • Lazy<T> 的构造函数接受一个委托(Func<T>),用于指定如何创建实例。
      • 在这里,我们使用匿名方法 () => new Singleton(),表示在第一次访问 _instance.Value 时才会调用这个方法来创建 Singleton 的实例。
  • Instance 属性:

    • public static Singleton Instance => _instance.Value;
      • _instance.ValueLazy<T> 提供的属性,用于访问实际的 Singleton 实例。
      • 第一次访问 Instance 属性时,Lazy<T> 会调用我们传入的委托来创建实例,并缓存该实例。后续访问时将直接返回缓存的实例。
3. 延迟初始化的好处
  • 节省资源

    • 只有在需要时才会创建实例,避免了不必要的资源消耗。
    • 例如,在程序启动时不创建所有单例实例,只在实际使用时创建。
  • 线程安全

    • Lazy<T> 默认是线程安全的。在多线程环境中,_instance.Value 的访问是线程安全的,Lazy<T> 会确保只有一个线程能够创建实例。
  • 代码简洁

    • 使用 Lazy<T> 可以简化单例模式的实现,不需要手动编写双重检查锁(Double-Checked Locking)或静态构造函数。
4. Lazy 的线程安全性

Lazy<T> 默认是线程安全的。它的实现方式是:

  • 在第一次访问 Value 属性时,只有一个线程会执行初始化逻辑(即调用传入的委托)。
  • 后续线程访问时,直接返回缓存的实例。

如果不需要线程安全,可以指定 LazyThreadSafetyMode.None

csharp 复制代码
private static readonly Lazy<Singleton> _instance = new Lazy<Singleton>(
    () => new Singleton(), 
    System.Threading.LazyThreadSafetyMode.None
);
5. 完整示例:使用 Lazy 实现单例模式
csharp 复制代码
using System;

public class Singleton
{
    // 私有构造函数,防止外部实例化
    private Singleton()
    {
        Console.WriteLine("Singleton instance created.");
    }

    // 定义一个 Lazy<T> 实例
    private static readonly Lazy<Singleton> _instance = new Lazy<Singleton>(() => new Singleton());

    // 公开的静态属性,用于获取单例实例
    public static Singleton Instance => _instance.Value;

    // 测试方法
    public void DoSomething()
    {
        Console.WriteLine("Singleton is doing something.");
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 第一次访问 Instance 属性时,会创建实例
        Singleton.Instance.DoSomething();

        // 后续访问直接返回缓存的实例
        Singleton.Instance.DoSomething();
    }
}
6. 输出结果

运行上述代码,输出如下:

复制代码
Singleton instance created.
Singleton is doing something.
Singleton is doing something.

可以看到:

  • 第一次访问 Instance 时,实例被创建并输出 "Singleton instance created."。
  • 后续访问时,直接返回缓存的实例,不再创建新实例。
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