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单一模式

电脑杂谈　发布时间：2020-04-07 02:05:11　来源：网络整理

单例模式举例_singleton单例模式_单例模式 c++

1. 概念

所谓的单例模式是为了确保一个类只有一个实例singleton单例模式，并提供一个全局访问点.

2. UML图

3. 应用场景

举个小例子，在Windows桌面上，我们打开了一个回收站. 当我们尝试再次打开新的回收站时，Windows系统将不会为您弹出新的回收站窗口. 也就是说，在整个系统运行期间，系统仅维护一个回收站实例. 这是典型的单例模型.

因此，单例模式的应用场景为:

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①需要经常创建和销毁的对象；

②需要花费大量时间或资源来创建但经常使用的对象；

③工具对象；

④经常访问或文件的对象.

4. 实施思路

从单例模式的概念开始（确保一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点），该概念可以分为两部分: （1）确保只有一个实例类的实例； 2）提供一个全局访问点进行访问.

问: 如何确保一个类只有一个实例？

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答案: 定义私有构造函数无法通过外界的new创建实例（通常，当我们创建新类时，如果不编写构造函数，则编译器默认会生成一个公共的无参数构造函数. 您可以使用new来创建该类的实例）.

问: 那您要在哪里创建类的实例？

答案: 在类别中创建. 要创建类的实例，您需要一个私有变量来保存该实例，并且为了确保在多线程情况下只有一个实例，它必须是静态变量.

问: 外界如何获得此类的实例以使用它？

答案: 定义一个公共方法以提供一个全局访问点，并定义公共属性以提供一个全局访问点.

5. 实施代码

    // 单例模式的实现
    public class Singleton
    {
        // 定义一个静态变量来保存类的实例
        private static Singleton uniqueInstance;
        // 定义私有构造函数，使外界不能创建该类实例
        private Singleton()
        {
        }
        // 定义公有方法提供一个全局访问点,同时你也可以定义公有属性来提供全局访问点
        public static Singleton GetInstance()
        {
            // 如果类的实例不存在则创建，否则直接返回
            if (uniqueInstance == null)
            {
                uniqueInstance = new Singleton();
            }
            return uniqueInstance;
        }
    }

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上面的单例模式实现确实在单线程下是完美的，但是，在多线程的情况下，您将获得多个单例实例，因为当两个线程同时运行GetInstance方法时，两个线程将判断（uniqueInstance == null）此条件返回true. 这时，两个线程都将创建一个Singleton实例，这违反了我们对Singleton模式的初衷. 由于上述实现将运行多个线程来执行，因此我们的多线程解决方案自然是使GetInstance方法一次仅运行一个线程，即需要线程同步.

    //单例模式的实现
    public class Singleton
    {
        // 定义一个静态变量来保存类的实例
        private static Singleton uniqueInstance;
        // 定义一个标识确保线程同步
        private static readonly object locker = new object();
        // 定义私有构造函数，使外界不能创建该类实例
        private Singleton()
        {
        }
        //定义公有方法提供一个全局访问点,同时你也可以定义公有属性来提供全局访问点
        public static Singleton GetInstance()
        {
            // 当第一个线程运行到这里时，此时会对locker对象 "加锁"，
            // 当第二个线程运行该方法时，首先检测到locker对象为"加锁"状态，该线程就会挂起等待第一个线程解锁
            // lock语句运行完之后（即线程运行完之后）会对该对象"解锁"
            // 双重锁定只需要一句判断就可以了
            if (uniqueInstance == null)
            {
                lock (locker)
                {
                    // 如果类的实例不存在则创建，否则直接返回
                    if (uniqueInstance == null)
                    {
                        uniqueInstance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return uniqueInstance;
        }
    }

问题: 为什么需要在多线程GetInstance中进行两个（uniqueInstance == null）判断？最好只判断一个？

说明: 当uniqueInstance不为null时，您仅需要直接返回uniqueInstance对象，而无需锁定辅助对象. 锁定会增加额外的开销，并且会降低性能singleton单例模式，因此我们只需要在判断可以避免锁定的额外开销之前添加一个语句（uniqueInstance == null）即可. 此实现称为“双重锁定”，这是第一种（uniqueInstance == null）的必要性. 在多线程中，如果两个线程同时运行锁的外层的if（uniqueInstance == null），则会同时建立两个线程. 第一个线程锁定并实例化一个对象. 解锁后，如果没有判断，第二个线程将直接实例化一个对象，这不是单例. 因此，第二个（uniqueInstance == null）判断也是必要的.

6. 主要优点

①提供对唯一实例的受控访问.

②由于系统内存中仅存在一个对象，因此可以节省系统资源，某些需要频繁创建和销毁的对象的单例模式无疑可以提高系统性能.

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