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单例模式(Singleton Pattern)

2019年04月11日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论
  • 单例模式概述

定义确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点来访问这个实例

简单的说,就是你有且只有一个女朋友(有多个女朋友的模式不是这里~~),并且你的女朋友很特殊,从来只听你的话,所以别人想和她交流(访问她)就必须通过你(全局访问点)来和她交流。

系统中用到单例模式的地方很多,比如windows系统点击开始只能出现一个开始界面,ctrl+alt+. 只能出现一个资源管理器,每个进程有且对应唯一一个进程id等等。单例模式是为了让资源得到最大化利用,不浪费资源。同时假如不采用此模式,就可能在不同时刻打开同一个界面,但界面中的内容又各不相同,因而用户极易产生误解,影响使用效率。因此单例模式在系统中的应用非常重要。

要点a.某一个单例类只能有一个实例

      b.必须自行创建这个实例

      c.必须向系统提供这个实例;

  • 单例模式的结构与实现

结构: 

  1. 我们考虑一个问题,每一个类都会有它的默认构造函数,或者我们重写一个构造函数,这个函数都是在创建这个类的实例的时候自动调用的。即对对象进行初始化操作。所以我们每次new的时候都会有一个新的对象,当然这是不符合单例模式的要求的。因此为了满足单例模式的要求,就必须对类中的函数进行修改,怎么修改呢,一步一步来(个人觉得这个理解还是挺重要的)。
      1. 首先,我们类的实例化不能在外部进行(单例类自行提供这个实例),即不能每次new都调用构造函数,因此将构造函数设为private类型
      2. 既然构造函数是private的,那怎么样调用呢??通过公有方法可以调用private函数,返回实例
      3. 看到这里,或许有人就有疑问了,公有方法(public ... ....)是在类的对象生成后才可以调用的,但是对象的创建又必须通过构造函数,而这里构造函数又必须通过公有方法调用,不就形成了一个鸡生蛋,蛋孵鸡的问题了吗??好了,谁先谁后,我们先辩论下吧.....其实,静态方法的使用,能很好的解决这个问题,将公有方法(函数)设为静态方法,我们就能通过类名.方法名去调用它,继而调用私有构造函数,产生对象。
      4. 再有,单例模式创建的女朋友只能是一个,那又怎么确定呢?怎么确定你的女朋友是唯一的而且你没有偷换呢?(~~皮一下),我们就要为这个单例类添加一个变量了,用来确认是否唯一,由于创建的整个入口是静态公有方法,所以在那时就要判断是否唯一了,如果该单例类有了一个女朋友,判断后便不再创建,如果当前没有,则分配一个。而可以直接访问类的静态数据和函数成员,而访问非静态成员,必须通过对象名,这有陷入鸡和蛋的问题里了,所以,该变量设为静态变量就很方便了,它也满足为整个类服务的特性。
      5. 总结下步骤 :(1)私有构造函数;(2)公有方法调用私有函数;(3)设为静态方法;(4)添加静态变量;(5)根据变量数判断是否生成女朋友(唯一的对象);
  2. 上图中:↓↓↓↓↓
  3. singleton(单例),在单例类的内部创建它的唯一实例
  4. getinstance(静态方法),通过它产生唯一实例
  5. instance(静态变量),判断是否可以产生实例

 实现:

 1 using system;
 2 using system.collections.generic;
 3 using system.linq;
 4 using system.text;
 5 
 6 namespace singleton
 7 {
 8     class singleton
 9 {
10     private static singleton instance = null;//静态私有成员变量
11     
12     //私有构造函数
13     private singleton()
14     {
15         console.writeline("恭喜你,获得一个女朋友~~");
16     }
17     
18     //静态公有方法,返回实例
19     public static singleton getinstance()
20     {
21         if(instance == null)//没女朋友
22             instance = new singleton();//生成一个吧
23         return instance;//有就返回当前的,
24     }
25 }
26     class program
27     {
28         static void main(string[] args)
29         {
30             singleton s1 = singleton.getinstance();
31             singleton s2 = singleton.getinstance();
32             if (s1 == s2)
33             {
34                 console.writeline("怎么能想要共有一个女朋友呢?s2 赶紧换一个吧...");
35             }
36         }
37     }
38 }

 结果:

  •  饿汉式单例和懒汉式单例

 刚看到这两个单例的名字时还是有点好笑的,如此这么生动形象呢,就好像饿汉式单身(连温饱都满足不了,何来女朋友呢),懒汉式(好吃懒做的,也很难...)不乱扯了,回主题。饿汉式单例正如饿汉一样,很饿很饿的人最想要的就是立即马上吃东西。因此饿汉式单例在定义静态变量时就实例化了单例类,因为实在太饿了啊,等不及了

 1 class eagetsingleton
 2 {
 3     private static eagetsingleton instance = new eagetsingleton();//静态变量实例化单例类
 4     
 5     private eagetsingleton(){}
 6     
 7     public static eagetsingleton getinstance()
 8     {
 9         return instance;
10     }
11 }

 

懒汉式单例类则是在类第一次被引用时将自己实例化,单例类被加载时不会实例化,所以这很符合懒汉的气质~但是在这里要注意的是,在定义静态变量时没有实例化单例类,而是在第一次调用静态方法时实例化单例类,这就会产生问题,高并发,多线程实现懒汉式单例时会创建多个对象,从而违背了单例模式的设计意图。也就是还是要对女朋友的个数进行判断。这要怎么办呢?在多线程的情况下,就要对该代码段进行控制,即每次只让一个线程进入并创建实例,也就是相当于现在的“共享女友”,帮你拍照啊,陪你去看电影啊 ,巴拉巴拉。但是,该“共享女友”有且只有一个,即单例类的唯一实例。所以,土豪们(各个线程)得一个一个租用,上一个用完了下一个才能租用。因此代码如下:

 1 class lazytsingleton
 2 {
 3     private static lazytsingleton instance = null;
 4     private static readonly object synroot = new object();//看做一个门。
 5     //程序运行时创建只读辅助对象
 6         
 7     private lazytsingleton(){}
 8     
 9     public static lazytsingleton getinstance()
10     {
11         if(instance == null)//在房间外问:房间里有人吗 ? 没人回应 ,可能没,可能下一秒有人进去 ,我却以为没人
12         {
13             lock(synroot)//第二次判断 //把门关了,外面线程进不来,只能里面的出来,外面的才能进
14             {
15                 if(instance == null)//继续问,房间里有人吗?  有就真的有,没有就真的没
16                 {
17                     instance = new lazytsingleton();//创建实例
18                 }
19             }
20         }
21     }
22 }

二者比较:

  • 饿汉式单例

优点:无需考虑多线程同时访问的问题,确保实例唯一性。调用速度和反应时间快于懒汉模式,因为饿汉一开始就创建,后面则直接拿来用就可以了。

缺点:不管单例对象是否需要,都会在类加载时创建,这样不如懒汉式单例,资源利用不高,且加载时间较长。如启动vs,eclipse等,需要loading许多可能要的可能不要的,要等啊...

  • 懒汉式单例

优点:第一次使用时创建,不会一直占用资源,即延迟加载。

缺点:必须考虑多线程问题,特别是单例类作为资源控制器时,会涉及资源初始化,也会耗费许多时间,也会出现多线程同时首次引用此类,造成拥堵,导致系能性能降低

 

  •  单例模式的优缺点和适用环境

  •  单例模式的优点
  1. 提供唯一实例的受控访问,可以严格控制何时访问
  2. 由于只存在一个对象,可以节省系统资源
  3. 如果将单例模式的实例数目变为可变,即将单例模式进行扩展,即可获得指定数目的实例对象,即节省资源,又提高效率(相当于多例类)
  • 单例模式的缺点
  1. 没有抽象层,扩展有较大困难
  2. 单例类职责过重,一定程度上违背了单一职责原则(单例类即提供业务方法,又提供了创建对象的方法(工厂方法),对象创建和对象本身耦合在了一起)
  3. c#、java 拥有gc(自动垃圾回收机制) (可以去了解下) ,在实例化的对象长时间不被利用,会被误认为垃圾进行自动销毁,下次利用又要重新创建,导致共享的单例对象丢失(女朋友丢了可不好受啊..)
  • 单例模式的适用环境
  1. 在系统只要一个实例对象(man只要一个girlfriend)/(资源管理器).....
  2. 客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点,除了该点外,不允许其他途径来访问实例

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