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Singleton設計模式的C#實現
電子科技大學 張申 (handi@sina.com)
關鍵字：singleton 設計模式 同步 C#
1 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，這樣對于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。
2 Singleton的實現方式。
首先看看教科書方式的Singleton標準實現的兩種方法，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。
假設這里有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，于是開始創建實例。由于一些因素，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，對于計數器類來說，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); //這里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，在這里我們定義了四個線程同時使用計數器，每個線程使用4次，最后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。
}
}
}
(接
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