【C#高阶编程】—单例模式详解

C# 单例模式

单例模式是一种设计模式,用于确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点来访问该实例。单例模式常用于需要全局唯一对象的场景,比如配置文件管理、日志记录、数据库连接池等。


单例模式的核心特点

  1. **私有构造函数:**防止外部通过 new 关键字创建实例。
  2. **静态实例:**通过静态变量保存唯一的实例。
  3. **全局访问点:**提供一个静态方法或属性,用于获取单例实例。

单例模式的实现方式

1. 最简单的单例模式(非线程安全)
cs 复制代码
public class Singleton
{
    // 静态变量保存唯一实例
    private static Singleton _instance;

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

    // 全局访问点
    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                _instance = new Singleton();
            }
            return _instance;
        }
    }
}

使用方式:

cs 复制代码
Singleton instance = Singleton.Instance;

缺点:多线程环境下可能会创建多个实例,不推荐在生产环境中使用。


2. 线程安全的单例模式(双重检查锁定)
cs 复制代码
public class Singleton
{
    private static Singleton _instance;
    private static readonly object _lock = new object();

    private Singleton() { }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                lock (_lock)
                {
                    if (_instance == null)
                    {
                        _instance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return _instance;
        }
    }
}

使用方式:

cs 复制代码
Singleton instance = Singleton.Instance;

优点:线程安全,适用于多线程环境。


3. 使用 Lazy<T> 实现单例模式(推荐)

Lazy<T> 是 .NET 提供的一种延迟初始化方式,默认是线程安全的。

cs 复制代码
public class Singleton
{
    private static readonly Lazy<Singleton> _lazyInstance = new Lazy<Singleton>(() => new Singleton());

    private Singleton() { }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return _lazyInstance.Value;
        }
    }
}

使用方式:

cs 复制代码
Singleton instance = Singleton.Instance;

优点:简洁、线程安全,推荐使用。


4. 使用静态构造函数实现单例模式

静态构造函数在类第一次被访问时自动调用,且只会执行一次。

cs 复制代码
public class Singleton
{
    private static readonly Singleton _instance = new Singleton();

    // 静态构造函数确保线程安全
    static Singleton() { }

    private Singleton() { }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return _instance;
        }
    }
}

使用方式:

cs 复制代码
Singleton instance = Singleton.Instance;

优点:简单且线程安全。


单例模式的使用场景

  1. 配置文件管理:全局只需要一个配置文件对象。

  2. 日志记录:全局只需要一个日志记录器。

  3. 数据库连接池:全局只需要一个连接池实例。

  4. 缓存管理:全局只需要一个缓存管理器。


注意事项

  1. 线程安全:在多线程环境下,必须确保单例模式的实现是线程安全的。

  2. 延迟初始化 :如果单例对象的创建成本较高,可以使用延迟初始化(如 Lazy<T>)。

  3. 避免滥用:单例模式是全局状态,滥用可能导致代码难以测试和维护。


总结

  • 最简单的单例模式:适用于单线程环境。

  • 双重检查锁定:适用于多线程环境。

  • Lazy<T>:推荐使用,简洁且线程安全。

  • 静态构造函数:简单且线程安全。

根据具体需求选择合适的实现方式,推荐使用 Lazy<T> 或静态构造函数实现单例模式。

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