[C#.NET 拾遗补漏]06:单例模式实佳实践

大家好,这是【C#.NET 拾遗补漏】专辑的第 06 篇文章。今天讲讲大家熟悉的单例模式

单例模式大概是所有设计模式中最简单的一种,如果在面试时被问及熟悉哪些设计模式,你可能第一个答的就是单例模式。

单例模式的实现分为两种:饿汉懒汉式。前者是在静态构造函数执行时就立即实例化,后者是在程序执行过程中第一次需要时再实例化。两者有各自适用的场景,实现方式也都很简单,唯一在设计时要考虑的一个问题就是:实例化时需要保证线程安全。

饿汉式

饿汉式实现很简单,在静态构造函数中立即进行实例化:

public class Singleton
{
    private static readonly Singleton _instance;
    static Singleton()
    {
        _instance = new Singleton();
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return _instance;
        }
    }
}

注意,为了确保单例性,需要使用 readonly 关键字声明实例不能被修改。

以上写法可简写为:

public class Singleton
{
    private static readonly Singleton _instance = new Singleton();
    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return _instance;
        }
    }
}

这里的 new Singleton() 等同于在静态构造函数中实例化。在 C# 7 中还可以进一步简写如下:

public class Singleton
{
    public static Singleton Instance { get; } = new Singleton();
}

一句代码就搞定了,此写法,实例化也是在默认的静态构造函数中进行的。如果是饿汉式需求,这种实现是最简单的。有人会问这会不会有线程安全问题,如果多个线程同时调用 Singleton.Instance 会不会实例化了多个实例。不会,因为 CLR 确保了所有静态构造函数都是线程安全的

注意,不能这么写:

public class Singleton
{
    public static Singleton Instance => new Singleton();
}

// 等同于:
public class Singleton
{
    public static Singleton Instance
    {
        get { return new Singleton(); }
    }
}

这样会导致每次调用都会创建一个新实例。

懒汉式

懒汉式单例实现需要考虑线程安全问题,先来看一段经典的线程安全的单列模式实现代码:

public sealed class Singleton
{
    private static volatile Singleton _instance;
    private static readonly object _lockObject = new Object();

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                lock (_lockObject)
                {
                    if (_instance == null)
                    {
                        _instance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return _instance;
        }
    }
}

网上搜索 C# 单例模式,大部分都是这种使用 lock 来确保线程安全的写法,这是经典标准的单例模式的写法,没问题,很放心。在 lock 里外都做一次 instance 空判断,双保险,足以保证线程安全和单例性。但这种写法似乎太麻烦了,而且容易写错。早在 C# 3.5 的时候,就有了更好的写法,使用 Lazy<T>

示例代码:

public class LazySingleton
{
    private static readonly Lazy<LazySingleton> _instance =
        new Lazy<LazySingleton>(() => new LazySingleton());

    public static LazySingleton Instance
    {
        get { return _instance.Value; }
    }
}

调用示例:

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var instance = LazySingleton.Instance;
    }
}

使用 Lazy<T> 可以使对象的实例化延迟到第一次被调用的时候执行,通过访问它的 Value 属性来创建并获取实例,并且读取一个 Lazy<T> 实例的 Value 属性只会执行一次实例化代码,确保了线程安全。

祝,编码愉快!

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