正文
一、什么是单例模式
1.生活中的单例
一个男人只能有一个媳妇「正常情况」，一个人只能有一张嘴，通常一个公司只有一个 CEO ，一个狼群中只有一个狼王等等
2.程序中的单例
一句话，就是保证一个类仅有一个实例即可「new 一次」，其实好多人都不把单例当作成一个设计模式，只是当作是一个工具类而已，因为它的确很简单，并且当你面视的时候面视官问你设计模式的时候估计都会说：可以说说你了解的设计模式吗「单例除外」。虽然很简单，但是我们还是要掌握和了解它，并且要深层次的了解它。
单例模式的定义
单例单例就是单一的实例，官方定义： 保证一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。
单例的应用
- 网站的计数器
- 应用配置
- 多线程池一般也采用单例去设计
- 数据库配置,数据库连接池
- window窗体不能同时出现两个
- 其它等等
1.单例模式的几种实现方式
1.Lazy模式(懒汉式)线程不安全
懒汉式单例模式，是在我需要的时候才去初始化实例，也就是说在类加载的时候，静态成员变量是 null 的，只有需要它的时候才去初始化实例，所以懒汉式可以延时加载
特点
- 1、线程不安全
- 2、延时初始化类，在我需要的时候「也就调用 GetInstance」的时候才去初始化
优缺点
- 优点：延时初始化类，省资源，不想用的时候就不会浪费内存
- 缺点：线程不安全，多线程操作就会有问题
演示代码
/// <summary>
/// Singleton mode implementation
/// </summary>
public class Singleton
{
//define a static variable to hold an instance of the class
private static Singleton instance;
//define a private constructor,so that the outside can't cteate an instanse of the class
private Singleton() { }
/// <summary>
/// define public methods to provide a global access point, and you can also define public properties to provide global access points
/// </summary>
public static Singleton GetInstance()
{
// create if the instance of the class does not exist, otherwise return directly
if (instance == null)
{
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
解析如下：
1）首先，该Singleton的构造函数必须是私有的，以保证客户程序不会通过new（）操作产生一个实例，达到实现单例的目的；
2）因为静态变量的生命周期跟整个应用程序的生命周期是一样的，所以可以定义一个私有的静态全局变量instance来保存该类的唯一实例；
3）必须提供一个全局函数访问获得该实例，并且在该函数提供控制实例数量的功能，即通过if语句判断instance是否已被实例化，如果没有则可以同new（）创建一个实例；否则，直接向客户返回一个实例。
上面单例模式的实现在单线程下确实是完美的，但没有考虑线程并发获取实例问题，在多线程的情况下会得到多个Singleton实例，因为两个线程同时运行GetInstance方法时，此时两个线程判断(instance==null)这个条件都成立，此时两个线程就都会创建Singleton的实例，违反了单例规则。既然上面的实现会运行多个线程执行，那我们对于多线程的解决方案自然就是使GetInstance方法在同一时间只让一个线程运行就好了。因此，需对上面代码修改，看下面。
2、Lazy模式(懒汉式)线程安全
懒汉式线程安全比懒汉式线程不安全多了一个线程安全
特点
- 1、线程安全
- 2、延时初始化类，在我需要的时候「也就调用 GetInstance」的时候才去初始化
优缺点
- 优点：延时初始化类，省资源，不想用的时候就不会浪费内存，并且线程安全
- 缺点：虽然线程安全，但是加了锁对性能影响非常大「相当于排队获取资源，没有拿到锁子就干等」
代码演示
/// <summary>
/// Singleton mode implementation
/// </summary>
public class Singleton
{
//define a static variable to hold an instance of the class
private static Singleton instance;
// define an identity to ensure thread synchronization
private static readonly object locker = new object();
//define a private constructor,so that the outside can't cteate an instanse of the class
private Singleton() { }
/// <summary>
/// define public methods to provide a global access point, and you can also define public properties to provide global access points
/// </summary>
public static Singleton GetInstance()
{
// create if the instance of the class does not exist, otherwise return directly
//When the first thread runs here, the locker object is "locked" at this time.
//When the second thread runs the method,
//it first detects that the locker object is in the "locked" state,
//and the thread will hang waiting for the first thread to unlock.
//After the lock statement finishes running (that is, after the thread finishes running), it will "unlock" the object.
//Double lock only needs one judgment.
if (instance == null)
{
lock (locker)
{
// create if the instance of the class does not exist, otherwise return directly
if (instance == null)
{
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
}
}
上述代码使用了双重锁方式较好地解决了多线程下的单例模式实现。先看内层的if语句块，使用这个语句块时，先进行加锁操作，保证只有一个线程可以访问该语句块，进而保证只创建了一个实例。再看外层的if语句块，这使得每个线程欲获取实例时不必每次都得加锁，因为只有实例为空时（即需要创建一个实例），才需加锁创建，若果已存在一个实例，就直接返回该实例，节省了性能开销。
到这里，有的同学可能会有疑问，lock语句内层的if(instance==null)感觉是多余的，其实一开始一看我也觉得是多余的，仔细一想，这句代码是不能省的，两个线程同时运行lock外层的if (instance == null)，都成立，第一条线程加锁实例化一个对象，解锁后，如果不加判断，第二条线程直接实例化一个对象，这就不是单例了。
3、饿汉模式
饿汉式单例模式如其名，是一个饿货，类的实例在类加载的时候就初始化出来「把这一过程当作一个汉堡，也就是说必须要把汉堡提前准备好，饿货就知道吃」， 这种模式的特点是自己主动实例。
特点
- 1、是线程安全的
- 2、类不是延时加载「直接是类加载的时候就初始化」
优缺点
- 优点：没有加锁，执行效率非常高「其实是以空间来换时间」
- 缺点：在类加载的时候就会初始化，浪费内存「你知道我要不要使用这个实例吗，你就给我初始化，太任性了」
演示代码
public sealed class Singleton
{
private static readonly Singleton instance = new Singleton();
private Singleton() { }
public static Singleton GetInstance()
{
return instance;
}
}
上面使用的readonly关键可以跟static一起使用，用于指定该常量是类别级的，它的初始化交由静态构造函数实现，并可以在运行时编译。在这种模式下，无需自己解决线程安全性问题，CLR会给我们解决。由此可以看到这个类被加载时，会自动实例化这个类，而不用在第一次调用GetInstance()后才实例化出唯一的单例对象。
Reference：
1.C#设计模式(1)——单例模式
2.人人都会设计模式：单例模式–SingleTon
3.C#设计模式学习笔记-单例模式
4.在C#中实现 Singleton
