C#设计模式(7)-Singleton Pattern

发布时间:2017-2-28 13:41:30 编辑:www.fx114.net 分享查询网我要评论
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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 );  }} 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: 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。(摘自:http://www.cnblogs.com/huqingyu/archive/2004/07/09/22721.aspx ) 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。     参考文献:阎宏,《Java与模式》,电子工业出版社[美]James W. Cooper,《C#设计模式》,电子工业出版社[美]Alan Shalloway  James R. Trott,《Design Patterns Explained》,中国电力出版社[美]Robert C. Martin,《敏捷软件开发-原则、模式与实践》,清华大学出版社[美]Don Box, Chris Sells,《.NET本质论 第1卷:公共语言运行库》,中国电力出版社  

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