单例模式-设计模式（C#）

什么是单例模式

单例模式（Singleton）：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

对于系统中的某些类来说，只有一个实例很重要，例如，一个系统中可以存在多个打印任务，但是只能有一个正在工作的任务；售票时，一共有100张票，可有有多个窗口同时售票，但需要保证不要超售（这里的票数余量就是单例，售票涉及到多线程）。如果不是用机制对窗口对象进行唯一化将弹出多个窗口，如果这些窗口显示的都是相同的内容，重复创建就会浪费资源。
优点

提供了对唯一实例的受控访问。因为单例类封装了它的唯一实例，所以它可以严格控制客户怎样以及何时访问它，并为设计及开发团队提供了共享的概念。
由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以节约系统资源，对于一些需要频繁创建和销毁的对象，单例模式无疑可以提高系统的性能

缺点

由于单例模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。因为单例类既充当了工厂角色，提供了工厂方法，同时又充当了产品角色，包含一些业务方法，将产品的创建和产品的本身的功能融合到一起。
滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；现在很多面向对象语言(如Java、C#)的运行环境都提供了自动垃圾回收的技术，因此，如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为它是垃圾，会自动销毁并回收资源，下次利用时又将重新实例化，这将导致对象状态的丢失。

单例模式结构图

:::info 单例模式第一版 :::

class Singleton
   {
       private static Singleton instance;
       //构造方法让其private，这就堵死了外界利用new创建此类实例的可能
       private Singleton()
       {
       }
       //此方法是获得本类实例的唯一全局访问点
       public static Singleton GetInstance()
       {
           //若实例不存在，则new一个新实例，否则返回已有的实例
           if (instance == null)
           {
               instance = new Singleton();
           }
           return instance;
       }
   }

为什么这样写呢？我们来解释几个关键点：

要想让一个类只能构建一个对象，自然不能让它随便去做new操作，因此Signleton的构造方法是私有的。

instance是Singleton类的静态成员，也是我们的单例对象。它的初始值可以写成Null，也可以写成new Singleton()。至于其中的区别后来会做解释。

getInstance是获取单例对象的方法。
如果单例初始值是null，还未构建，则构建单例对象并返回。这个写法属于单例模式当中的懒汉模式。
如果单例对象一开始就被new Singleton()主动构建，则不再需要判空操作，这种写法属于饿汉模式。
这两个名字很形象：饿汉主动找食物吃，懒汉躺在地上等着人喂。

但是刚才的代码不是线程安全，为什么说刚才的代码不是线程安全呢？

假设Singleton类刚刚被初始化，instance对象还是空，这时候两个线程同时访问getInstance方法：

因为Instance是空，所以两个线程同时通过了条件判断，开始执行new操作：

这样一来，显然instance被构建了两次。让我们对代码做一下修改：
单例模式第二版

public class Singleton {
   private Singleton() {}  //私有构造函数
  private static Singleton instance = null;  //单例对象
  //静态工厂方法
  public static Singleton getInstance() {
       if (instance == null) {      //双重检测机制
        synchronized (Singleton.class){  //同步锁
          if (instance == null) {     //双重检测机制
            instance = new Singleton();
              }
           }
        }
       return instance;
   }
}

为什么这样写呢？我们来解释几个关键点：

为了防止new Singleton被执行多次，因此在new操作之前加上Synchronized 同步锁，锁住整个类（注意，这里不能使用对象锁）。

进入Synchronized 临界区以后，还要再做一次判空。因为当两个线程同时访问的时候，线程A构建完对象，线程B也已经通过了最初的判空验证，不做第二次判空的话，线程B还是会再次构建instance对象。

像这样两次判空的机制叫做双重检测机制。

但是我们的这段代码仍然不是绝对的线程安全

假设这样的场景，当两个线程一先一后访问getInstance方法的时候，当A线程正在构建对象，B线程刚刚进入方法：

这种情况表面看似没什么问题，要么Instance还没被线程A构建，线程B执行 if（instance == null）的时候得到false；要么Instance已经被线程A构建完成，线程B执行 if（instance == null）的时候得到true。

真的如此吗？答案是否定的。这里涉及到了JVM编译器的指令重排。