Singleton设计模式的C#实现.doc

Singleton设计模式的C#实现Singleton模式 Singleton（译为单件或单态）模式是设计模式中比较简单而常用的模式。 有些时候在整个应用程序中，会要求某个类有且只有一个实例，这个时候可以采用Singleton模式进行设计。用Singleton模式设计的类不仅能保证在应用中只有一个实例，而且提供了一种非全局变量的方法进行全局访问，称为全局访问点，这样对于没有全局变量概念的纯面向对象语言来说是非常方便的，比如C#。 本文用一个计数器的例子来描述在C#中如何使用Singleton模式：计数的值设计为计数器类的一个私有成员变量，它被4个不同的线程进行读写操作，为保证计数的正确性，在整个应用当中必然要求计数器类的实例是唯一的。 Singleton的实现方式 首先看看教科书方式的Singleton标准实现的两种方法，以下用的是类C#伪代码： 方法一： using System; namespace csPattern.Singleton public class Singleton static Singleton uniSingleton = new Singleton(); private Singleton() static public Singleton instance() return uniSingleton; 方法二： using System; namespace csPattern.Singleton public class Singleton static Singleton uniSingleton; private Singleton() static public Singleton instance() if (null = uniSingleton) uniSingleton = new Singleton _lazy(); return uniSingleton; Singleton模式的实现有两个技巧：一是使用静态成员变量保存“全局”的实例，确保了唯一性，使用静态的成员方法instance() 代替 new关键字来获取该类的实例，达到全局可见的效果。二是将构造方法设置成为private，如果使用new关键字创建类的实例，则编译报错，以防编程时候笔误。 上面方法二的初始化方式称为lazy initialization，是在第一次需要实例的时候才创建类的实例，与方法一中类的实例不管用不用一直都有相比，方法二更加节省系统资源。但是方法二在多线程应用中有时会出现多个实例化的现象。 假设这里有2个线程：主线程和线程1，在创建类的实例的时候可能会遇到一些原因阻塞一段时间（比如网络速度或者需要等待某些正在使用的资源的释放），此时的运行情况如下： 主线程首先去调用instance()试图获得类的实例，instance()成员方法判断该类没有创建唯一实例，于是开始创建实例。由于一些因素，主线程不能马上创建成功，而需要等待一些时间。此时线程1也去调用instance()试图获得该类的实例，因为此时实例还未被主线程成功创建，因此线程1又开始创建新实例。结果是两个线程分别创建了两次实例，对于计数器类来说，就会导致计数的值被重置，与Singleton的初衷违背。解决这个问题的办法是同步。 下面看看本文的计数器的例子的实现： 使用方法一： using System; using System.Threading; namespace csPattern.Singleton public class Counter static Counter uniCounter = new Counter(); /存储唯一的实例。 private int totNum = 0; /存储计数值。 private Counter() Thread.Sleep(100); /这里假设因为某种因素而耽搁了100毫秒。 /在非lazy initialization 的情况下, 不会影响到计数。. static public Counter instance() return uniCounter; public void Inc() totNum ; /计数加1。 public int GetCounter() return totNum; /获得当前计数值。 以下是调用Counter类的客户程序，在这里我们定义了四个线程同时使用计数器，每个线程使用4次，最后得到的正确结果应该是16： using System; using System.IO; using System.Threading; namespace csPattern.Singleton.MutileThread public class MutileClient public MutileClient() public void DoSomeWork() Counter myCounter = Counter.instance(); /方法一 /Counter_lazy myCounter = Counter_lazy.instance(); /方法二 for (int i = 1; i 5; i ) myCounter.Inc(); Console.WriteLine(线程0报告: 当前counter为: 1, Thread.CurrentThread.Name.ToString(), myCounter.GetCounter().ToString(); public void ClientMain() Thread thread0 = Thread.CurrentThread; thread0.Name = Thread 0; Thread thread1 =new Thread(new ThreadStart(this.DoSomeWork); thread1.Name = Thread 1; Thread thread2 =new Thread(new ThreadStart(this.DoSomeWork); thread2.Name = Thread 2; Thread thread3 =new Thread(new ThreadStart(this.DoSomeWork); thread3.Name = Thread 3; thread1.Start(); thread2.Start(); thread3.Start(); DoSomeWork(); /线程0也只执行和其他线程相同的工作。 以下为Main函数，本程序的测试入口： using System; namespace csPattern.Singleton public class RunMain public RunMain() static public void Main(string args) MutileThread.MutileClient myClient = new MutileThread.MutileClient(); myClient.ClientMain(); System.Console.ReadLine(); 执行结果如下： 线程Thread 1报告: 当前counter为: 2 线程Thread 1报告: 当前counter为: 4 线程Thread 1报告: 当前counter为: 5 线程Thread 1报告: 当前counter为: 6 线程Thread 3报告: 当前counter为: 7 线程Thread 3报告: 当前counter为: 8 线程Thread 3报告: 当前counter为: 9 线程Thread 3报告: 当前counter为: 10 线程Thread 0报告: 当前counter为: 1 线程Thread 0报告: 当前counter为: 11 线程Thread 0报告: 当前counter为: 12 线程Thread 0报告: 当前counter为: 13 线程Thread 2报告: 当前counter为: 3 线程Thread 2报告: 当前counter为: 14 线程Thread 2报告: 当前counter为: 15 线程Thread 2报告: 当前counter为: 16 由于系统线程调度的不同，每次的执行结果也不同，但是最终结果一定是16。 方法一中由于实例一开始就被创建，所以instance()方法无需再去判断是否已经存在唯一的实例，而返回该实例，所以不会出现计数器类多次实例化的问题。 使用方法二： using System; using System.Threading; using System.Runtime.CompilerServices; namespace csPattern.Singleton public class Counter_lazy static Counter_lazy uniCounter; private int totNum = 0; private Counter_lazy() Thread.Sleep(100); /假设多线程的时候因某种原因阻塞100毫秒 MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized) /方法的同步属性 static public Counter_lazy instance() if (null = uniCounter) uniCounter = new Counter_lazy(); return uniCounter; public void Inc() totNum ; public int GetCounter() return totNum; 不知道大家有没有注意到instance()方法上方的MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized) 语句，他就是同步的要点，他指定了instance()方法同时只能被一个线程使用，这样就避免了线程0调用instance()创建完成实例前线程1就来调用instance()试图获得该实例。 根据MSDN的提示，也可以使用lock关键字进行线程的加锁，代码如下： using System; using System.Threading; namespace csPattern.Singleton public class Counter_lazy static Counter_lazy uniCounter; static object myObject = new object(); private int totNum = 0; private Counter_lazy() Thread.Sleep(100); /假设多线程的时候因某种原因阻塞100毫秒 static public Counter_lazy instance() lock(myObject) if (null = uniCounter) uniCounter = new Counter_lazy(); return uniCounter; public void Inc() totNum ; public int GetCounter() return totNum; lock()是对一个对象加互斥锁，只允许一个线程访问其后大括号中语句块，直到该语句块的代码执行完才解锁，解锁后才允许其他的线程执行其语句块。 还可以使用Mutex类进行同步，定义private static Mutex mut = new Mutex();后，修改instance()如下，同样可以得到正确的结果： static public Counter_lazy insta