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Singleton設計模式的C#實現

編輯:C#基礎知識

  Singleton模式

  Singleton(譯為單件或單態)模式是設計模式中比較簡單而常用的模式。

  有些時候在整個應用程序中,會要求某個類有且只有一個實例,這個時候可以采用Singleton模式進行設計。用Singleton模式設計的類不僅能保證在應用中只有一個實例,而且提供了一種非全局變量的方法進行全局訪問,稱為全局訪問點,這樣對於沒有全局變量概念的純面向對象語言來說是非常方便的,比如C#。

  本文用一個計數器的例子來描述在C#中如何使用Singleton模式:計數的值設計為計數器類的一個私有成員變量,它被4個不同的線程進行讀寫操作,為保證計數的正確性,在整個應用當中必然要求計數器類的實例是唯一的。

  Singleton的實現方式

  首先看看教科書方式的Singleton標准實現的兩種方法,以下用的是類C#偽代碼:

  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模式的實現有兩個技巧:一是使用靜態成員變量保存“全局”的實例,確保了唯一性,使用靜態的成員方法instance() 代替 new關鍵字來獲取該類的實例,達到全局可見的效果。二是將構造方法設置成為private,如果使用new關鍵字創建類的實例,則編譯報錯,以防編程時候筆誤。

  上面方法二的初始化方式稱為lazy initialization,是在第一次需要實例的時候才創建類的實例,與方法一中類的實例不管用不用一直都有相比,方法二更加節省系統資源。但是方法二在多線程應用中有時會出現多個實例化的現象。

  假設這裡有2個線程:主線程和線程1,在創建類的實例的時候可能會遇到一些原因阻塞一段時間(比如網絡速度或者需要等待某些正在使用的資源的釋放),此時的運行情況如下:

  主線程首先去調用instance()試圖獲得類的實例,instance()成員方法判斷該類沒有創建唯一實例,於是開始創建實例。由於一些因素,主線程不能馬上創建成功,而需要等待一些時間。此時線程1也去調用instance()試圖獲得該類的實例,因為此時實例還未被主線程成功創建,因此線程1又開始創建新實例。結果是兩個線程分別創建了兩次實例,對於計數器類來說,就會導致計數的值被重置,與Singleton的初衷違背。解決這個問題的辦法是同步。

  下面看看本文的計數器的例子的實現:

  使用方法一:

  

using System;
using System.Threading;
namespace csPattern.Singleton
{
public class Counter
{
static Counter uniCounter = new Counter(); //存儲唯一的實例。
private int totNum = 0; //存儲計數值。
private Counter()
{
Thread.Sleep(100); //這裡假設因為某種因素而耽擱了100毫秒。
//在非lazy initialization 的情況下, 不會影響到計數。.
}
static public Counter instance()
{
return uniCounter;
}
public void Inc() { totNum ++;} //計數加1。
public int GetCounter() { return totNum;} //獲得當前計數值。
}
}

  以下是調用Counter類的客戶程序,在這裡我們定義了四個線程同時使用計數器,每個線程使用4次,最後得到的正確結果應該是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("線程{0}報告: 當前counter為: {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(); //線程0也只執行和其他線程相同的工作。
}
}
}

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