单例模式(Singleton Pattern)
一、 单例（Singleton）模式
单例模式的特点：
单例类只能有一个实例。
单例类必须自己创建自己的唯一实例。
单例类必须给所有其它对象提供这一实例。
单例模式应用：
每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，避免两个打印作业同时输出到打印机。
一个具有自动编号主键的表可以有多个用户同时使用，但数据库中只能有一个地方分配下一个主键编号。否则会出现主键重复。
二、 Singleton模式的结构：
Singleton模式包含的角色只有一个，就是Singleton。Singleton拥有一个私有构造函数，确保用户无法通过new直接实例它。除此之外，该模式中包含一个静态私有成员变量instance与静态公有方法Instance()。Instance方法负责检验并实例化自己，然后存储在静态成员变量中，以确保只有一个实例被创建。（关于线程问题以及C#所特有的Singleton将在后面详细论述）。
三、 程序举例：
该程序演示了Singleton的结构，本身不具有任何实际价值。// Singleton pattern -- Structural example
using System;
// "Singleton"
class Singleton
{
// Fields
private static Singleton instance;
// Constructor
protected Singleton() {}
// Methods
public static Singleton Instance()
{
// Uses "Lazy initialization"
if( instance == null )
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
/**//// <summary>
/// Client test
/// </summary>
public class Client
{
public static void Main()
{
// Constructor is protected -- cannot use new
Singleton s1 = Singleton.Instance();
Singleton s2 = Singleton.Instance();
if( s1 == s2 )
Console.WriteLine( "The same instance" );
}
}
四、 在什么情形下使用单例模式：
使用Singleton模式有一个必要条件：在一个系统要求一个类只有一个实例时才应当使用单例模式。反过来，如果一个类可以有几个实例共存，就不要使用单例模式。
注意：
不要使用单例模式存取全局变量。这违背了单例模式的用意，最好放到对应类的静态成员中。
不要将数据库连接做成单例，因为一个系统可能会与数据库有多个连接，并且在有连接池的情况下，应当尽可能及时释放连接。Singleton模式由于使用静态成员存储类实例，所以可能会造成资源无法及时释放，带来问题。
五、 Singleton模式在实际系统中的实现
下面这段Singleton代码演示了负载均衡对象。在负载均衡模型中，有多台服务器可提供服务，任务分配器随机挑选一台服务器提供服务，以确保任务均衡（实际情况比这个复杂的多）。这里，任务分配实例只能有一个，负责挑选服务器并分配任务。// Singleton pattern -- Real World example
using System;
using System.Collections;
using System.Threading;
// "Singleton"
class LoadBalancer
{
// Fields
private static LoadBalancer balancer;
private ArrayList servers = new ArrayList();
private Random random = new Random();
// Constructors (protected)
protected LoadBalancer()
{
// List of available servers
servers.Add( "ServerI" );
servers.Add( "ServerII" );
servers.Add( "ServerIII" );
servers.Add( "ServerIV" );
servers.Add( "ServerV" );
}
// Methods
public static LoadBalancer GetLoadBalancer()
{
// Support multithreaded applications through
// "Double checked locking" pattern which avoids
// locking every time the method is invoked
if( balancer == null )
{
// Only one thread can obtain a mutex
Mutex mutex = new Mutex();
mutex.WaitOne();
if( balancer == null )
balancer = new LoadBalancer();
mutex.Close();
}
return balancer;
}
// Properties
public string Server
{
get
{
// Simple, but effective random load balancer
int r = random.Next( servers.Count );
return servers[ r ].ToString();
}
}
}
/**//// <summary>
/// SingletonApp test
/// </summary>
///
public class SingletonApp
{
public static void Main( string[] args )
{
LoadBalancer b1 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
LoadBalancer b2 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
LoadBalancer b3 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
LoadBalancer b4 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
// Same instance?
if( (b1 == b2) && (b2 == b3) && (b3 == b4) )
Console.WriteLine( "Same instance" );
// Do the load balancing
Console.WriteLine( b1.Server );
Console.WriteLine( b2.Server );
Console.WriteLine( b3.Server );
Console.WriteLine( b4.Server );
}
}
[/cdoe]
六、 C#中的Singleton模式
C#的独特语言特性决定了C#拥有实现Singleton模式的独特方法。这里不再赘述原因，给出几个结果：
方法一：
下面是利用.NET Framework平台优势实现Singleton模式的代码：
[code]sealed class Singleton
{
private Singleton();
public static readonly Singleton Instance=new Singleton();
}
这使得代码减少了许多，同时也解决了线程问题带来的性能上损失。那么它又是怎样工作的呢？
注意到，Singleton类被声明为sealed，以此保证它自己不会被继承，其次没有了Instance的方法，将原来_instance成员变量变成public readonly，并在声明时被初始化。通过这些改变，我们确实得到了Singleton的模式，原因是在JIT的处理过程中，如果类中的static属性被任何方法使用时，.NET Framework将对这个属性进行初始化，于是在初始化Instance属性的同时Singleton类实例得以创建和装载。而私有的构造函数和readonly(只读)保证了Singleton不会被再次实例化，这正是Singleton设计模式的意图。
不过这也带来了一些问题，比如无法继承，实例在程序一运行就被初始化，无法实现延迟初始化等。
详细情况可以参考微软MSDN文章：《Exploring the Singleton Design Pattern》
方法二：
既然方法一存在问题，我们还有其它办法。
public sealed class Singleton
{
Singleton()
{
}
public static Singleton GetInstance()
{
return Nested.instance;
}
class Nested
{
// Explicit static constructor to tell C# compiler
// not to mark type as beforefieldinit
static Nested()
{
}
internal static readonly Singleton instance = new Singleton();
}
}
这实现了延迟初始化，并具有很多优势，当然也存在一些缺点。详细内容请访问：《Implementing the Singleton Pattern in C#》。文章包含五种Singleton实现，就模式、线程、效率、延迟初始化等很多方面进行了详细论述。
