设计模式——10.单例模式

单例模式（Singleton）

单例模式（Singleton）简介：

单例模式保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。使用单例模式能够让设计师快速获取提供某项服务或者功能的对象，可以省去层层传递对象的困扰。

单例模式在实现时，需要编程语言的支持，需要编程语言具有静态类属性、静态类方法以及可重新定义构造函数的访问修饰符，具有这3项语句功能的编程语言就可以实现单例模式。

C++代码

单线程

Singleton单例类：

//file: Singleton.h
#pragma once

class Singleton
{
public:
    virtual ~Singleton();

    static Singleton * getInstance();

    void operation();

private:
    static Singleton * instance;

    Singleton();
};

//file: Singleton.cpp
#include "pch.h"
#include "Singleton.h"
#include <iostream>

Singleton * Singleton::instance = nullptr;

Singleton::Singleton() {}

Singleton::~Singleton()
{
    delete instance;
}

Singleton * Singleton::getInstance()
{
    if (instance == nullptr)
        instance = new Singleton();
    return instance;
}

void Singleton::operation()
{
    std::cout << "Singleton Operation ." << std::endl;
}

客户端代码：

//file: SingletonPattern.cpp : This file contains the 'main' function. Program execution begins and ends there.
#include "pch.h"
#include "Singleton.h"
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    Singleton * singleton = Singleton::getInstance();
    singleton->operation();

    char c;
    cin >> c;
    return 0;
}

多线程

C#代码

C#单线程

Singleton单例类：

public class Singleton
{
    private Singleton() { }
    private static Singleton instance = null;

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

    public void Operation()
    {
        Console.WriteLine("The Singleton Operation .");
    }
}

其中静态类方法Instance用来获取_instance属性，上方代码使用了C#的getter存取运算符功能来实现Instance方法，使Singleton.Instance()的调用方式，写为Singleton.Instance的方式，减少的一对括号对于后续代码维护有着一定程度的帮助。

客户端测试代码：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Singleton singleton = Singleton.Instance;
        singleton.Operation();
        Console.ReadKey();
    }
}

或者使用方法方式获取单例：

public class Singleton
{
    private Singleton() { }
    private static Singleton instance = null;

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

    public void Operation()
    {
        Console.WriteLine("The Singleton Operation .");
    }
}

//使用时：
//Singleton singleton = Singleton.GetInstance();

C#多线程

    public class Singleton
    {
        private Singleton() { }
        private static Singleton instance = null;
        private static readonly object syncObj = new object();

        public static Singleton Instance
        {
            ////可以在多线程上工作但是效率不高
            //get {
            //    lock (syncObj) {
            //        if (instance == null)
            //            instance = new Singleton();
            //    }
            //    return instance;
            //}

            //加同步锁前后两次判断，仅当instance为空时，才进行加锁操作
            get {
                if (instance == null) {
                    lock (syncObj) {
                        if (instance == null)
                            instance = new Singleton();
                    }
                }
                return instance;
            }
        }
        public void Operation()
        {
            Console.WriteLine("The Singleton Operation .");
        }
    }

C#多线程单例的另一种写法,这样写虽然很简洁，但是其instance实例并不是在第一次使用的时候才创建，而是在运行时第一次发现Singleton类被用到时就创建了

    public class Singleton {
        private Singleton() { }
        private static Singleton instance = new Singleton();

        public static Singleton Instance {
            get {
                return instance;
            }
        }
        public void Operation()
        {
            Console.WriteLine("The Singleton Operation .");
        }
    }

单例模式优点及缺点

优点：
单例模式通过将类的构造方法私有化，让类对象只能够在类的成员方法中产生，配合类的静态成员属性在类中只会出现一个的限制，让系统可以有效的限制数量，因此，单例模式可以有效的限制类对象产生的地点和时间，同时也可以防止类对象被随意产生而造成系统错误。

缺点：

单例模式使用方便，但是在挑选适合以单例模式实现的类时，需要认真挑选，不能够滥用单例；其次，单例模式违反了“开闭原则”，因为通过Instance方法获取的对象是“实现类”不是“接口类”，该方法返回的对象是包含了实现细节的实体类，当后续设计变更后者需求改变时，程序员无法将它替代为其他类，只能改变实现类中原有的程序代码，无法满足“对修改关闭”的要求。

REF

书籍：

设计模式与游戏开发、大话设计模式

GitHub：

https://github.com/me115/design_patterns