Singleton设计模式的C#实现

2008-02-23 05:26:45来源:互联网 阅读 ()

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Singleton模式

   Singleton(译为单件或单态)模式是设计模式中比较简单而常用的模式。

   有些时候在整个应用程式中,会需要某个类有且只有一个实例,这个时候能够采用Singleton模式进行设计。用Singleton模式设计的类不但能确保在应用中只有一个实例,而且提供了一种非全局变量的方法进行全局访问,称为全局访问点,这样对于没有全局变量概念的纯面向对象语言来说是很方便的,比如C#。

   本文用一个计数器的例子来描述在C#中如何使用Singleton模式:计数的值设计为计数器类的一个私有成员变量,他被4个不同的线程进行读写操作,为确保计数的正确性,在整个应用当中必然需要计数器类的实例是唯一的。

Singleton的实现方式

   首先看看教科书方式的Singleton标准实现的两种方法,以下用的是类C#伪代码:

   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模式的实现有两个技巧:一是使用静态成员变量保存“全局”的实例,确保了唯一性,使用静态的成员方法instance() 代替 new关键字来获取该类的实例,达到全局可见的效果。二是将构造方法配置成为private,假如使用new关键字创建类的实例,则编译报错,以防编程时候笔误。

   上面方法二的初始化方式称为lazy initialization,是在第一次需要实例的时候才创建类的实例,和方法一中类的实例不管用不用一直都有相比,方法二更加节省系统资源。但是方法二在多线程应用中有时会出现多个实例化的现象。
   假设这里有2个线程:主线程和线程1,在创建类的实例的时候可能会碰到一些原因阻塞一段时间(比如网络速度或需要等待某些正在使用的资源的释放),此时的运行情况如下:

   主线程首先去调用instance()试图获得类的实例,instance()成员方法判断该类没有创建唯一实例,于是开始创建实例。由于一些因素,主线程不能马上创建成功,而需要等待一些时间。此时线程1也去调用instance()试图获得该类的实例,因为此时实例还未被主线程成功创建,因此线程1又开始创建新实例。结果是两个线程分别创建了两次实例,对于计数器类来说,就会导致计数的值被重置,和Singleton的初衷违背。解决这个问题的办法是同步。

   下面看看本文的计数器的例子的实现:

   使用方法一:

using System;
using System.Threading;
namespace csPattern.Singleton
{
public class Counter
{
static Counter uniCounter = new Counter(); //存储唯一的实例。
private int totNum = 0; //存储计数值。
private Counter()
{
Thread.Sleep(100); //这里假设因为某种因素而耽搁了100毫秒。
//在非lazy initialization 的情况下, 不会影响到计数。.
}
static public Counter instance()
{
return uniCounter;
}
public void Inc() { totNum ;} //计数加1。
public int GetCounter() { return totNum;} //获得当前计数值。
}
}

   以下是调用Counter类的客户程式,在这里我们定义了四个线程同时使用计数器,每个线程使用4次,最后得到的正确结果应该是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("线程{0}报告: 当前counter为: {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(); //线程0也只执行和其他线程相同的工作。
}
}
}

   以下为Main函数,本程式的测试入口:

using System;
namespace csPattern.Singleton
{
public class RunMain
{
public RunMain() {}
static public void Main(string[] args)
{
MutileThread.MutileClient myClient = new MutileThread.MutileClient();
myClient.ClientMain();
System.Console.ReadLine();
}
}
}

   执行结果如下:

   线程Thread 1报告: 当前counter为: 2
   线程Thread 1报告: 当前counter为: 4
   线程Thread 1报告: 当前counter为: 5
   线程Thread 1报告: 当前counter为: 6

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