设计模式之单例模式

概述

如果希望一个类在运行时只存在一个实例，并提供统一的访问入口，那么使用单例模式是最好的解决方案。

优点

1、实例控制：单例模式提供唯一访问入口，确保其它对象不会获得单例对象其它副本。

2、灵活性：唯一访问入口让单例类的实现易于控制。

缺点

1、开销：每次获取实例对象都需要判断是否存在该类的实例，仍需要一些开销。可用静态初始化解决此问题。

2、可能的开发混淆：初次使用该类的程序员，可能会造成无法使用new实例化此类的困惑。

3、无法删除实例：由于单例类自身包含实例的私有引用，在.NET中只有单例类才能够导致该实例被取消分配。

模型

实现

//1、简单实现
public sealed class Singleton
{
    static Singleton instance = null;

    Singleton()
    {
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (instance == null)
            {
                instance = new Singleton();
            }
            return instance;
        }
    }
}

1、该种实现形式满足一般的单例需求，但存在线程漏洞，当2个线程同时执行 if (instance == null) 时条件都为true，怎可能会造成获取对象不为同一实例的问题，违背了单例模式设计的初衷。

//2、线程安全的实现
public sealed class Singleton
{
    static Singleton instance = null;
    static readonly object padlock = new object();

    Singleton()
    {
    }

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

2、这种方式的实现对于线程来说是安全的。我们首先创建了一个进程辅助对象，线程在进入时先对辅助对象加锁然后再检测对象是否被创建，这样可以确保只有一个实例被创建，因为在同一个时刻加了锁的那部分程序只有一个线程可以进入。这种情况下，对象实例由最先进入的那个线程创建，后来的线程在进入时（instence == null）为假，不会再去创建对象实例了。但是这种实现方式增加了额外的开销，损失了性能。

//3、双重锁
public sealed class Singleton
{
    static Singleton instance = null;
    static readonly object padlock = new object();

    Singleton()
    {
    }

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

3、这种实现方式对多线程来说是安全的，同时线程不是每次都加锁，只有判断对象实例没有被创建时它才加锁，有了我们上面第一部分的里面的分析，我们知道，加锁后还得再进行对象是否已被创建的判断。它解决了线程并发问题，同时避免在每个 Instance 属性方法的调用中都出现独占锁定。它还允许您将实例化延迟到第一次访问对象时发生。实际上，应用程序很少需要这种类型的实现。大多数情况下我们会用静态初始化。这种方式仍然有很多缺点：无法实现延迟初始化。

//4、静态初始化
public sealed class Singleton
{
    static readonly Singleton instance = new Singleton();

    static Singleton()
    {
    }

    Singleton()
    {
    }

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

4、看到上面这段富有戏剧性的代码，我们可能会产生怀疑，这还是Singleton模式吗？在此实现中，将在第一次引用类的任何成员时创建实例。公共语言运行库负责处理变量初始化。该类标记为 sealed 以阻止发生派生，而派生可能会增加实例。此外，变量标记为 readonly，这意味着只能在静态初始化期间（此处显示的示例）或在类构造函数中分配变量。

该实现与前面的示例类似，不同之处在于它依赖公共语言运行库来初始化变量。它仍然可以用来解决 Singleton 模式试图解决的两个基本问题：全局访问和实例化控制。公共静态属性为访问实例提供了一个全局访问点。此外，由于构造函数是私有的，因此不能在类本身以外实例化 Singleton 类；因此，变量引用的是可以在系统中存在的唯一的实例。

由于 Singleton 实例被私有静态成员变量引用，因此在类首次被对 Instance 属性的调用所引用之前，不会发生实例化。

这种方法唯一的潜在缺点是，您对实例化机制的控制权较少。在 Design Patterns 形式中，您能够在实例化之前使用非默认的构造函数或执行其他任务。由于在此解决方案中由.NET Framework 负责执行初始化，因此您没有这些选项。在大多数情况下，静态初始化是在 .NET 中实现 Singleton 的首选方法。

//5、延迟初始化
public sealed class Singleton
{
   Singleton()
   {
   }

   public static Singleton Instance
   {
       get
        {
            return Nested.instance;
        }
    }
    
    class Nested
    {
        static Nested()
        {
        }

        internal static readonly Singleton instance = new Singleton();
    }
}

5、这里，初始化工作有Nested类的一个静态成员来完成，这样就实现了延迟初始化，并具有很多的优势，是值得推荐的一种实现方式

参考：

http://baike.baidu.com/link?url=eDEX2I7QB__xBrvHJvgKfXcJVfiaS89yZkSXG90zi1JyjPHlSpDKrgnX_AP2dosvAQEKQdffu4u_YYrN5MNl2K

http://terrylee.cnblogs.com/archive/2005/12/09/293509.html