设计模式之单例模式

单例模式（Singleton Pattern）

单例模式又称单件模式/单态模式，是常用的设计模式之一。单例模式要求其实例对象只能在系统中存在一个。许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象，使用单例模式有利于我们协调系统整体的行为。

单例模式三要素

• 必须确保一个类只有一个实例
• 它必须自行创建这个实例
• 必须自行向整个系统提供这个实例

代码分析（c#）

namespace Singleton
{
	/*
	空间换时间   
	声明属性时直接将它初始化   
	缺点：在没有使用时内存已经分配，（如果此单例类未被使用）就造成了空间浪费。   
	*/
	class SimpleSingle
	{
		private static _mySingle = new SimpleSingle();
		public static mySingle{
			get{return _mySingle;}
		}	
	}
	/*
	饿汉式   
	时间换空间   
	缺点，因为要判断属性是否为null，因此是线程不安全的。  
	可能一个线程刚进入判断后，CPU被另外一个线程抢占而导致生成多个实例。   
	*/
	class Single
	{
		private static _mySingle;
		public static mySingle{
			get{
				if(_mySingle == null)
					_mySingle = new Single();
				return _mySingle;
			}
		}
	}
	/*
	懒汉式
	使用互斥锁保证线程安全
	*/
    class MySingleton
    {
        static public Mutex mutex = new Mutex();   //创建互斥锁对象
        static private MySingleton _instance;
        static public MySingleton instance {
            get
            {
                mutex.WaitOne();            //申请互斥锁
                if (_instance == null)
                    _instance = new MySingleton();
                mutex.ReleaseMutex();       //释放锁资源
                return instance;
            }
        }
        //私有化构造函数
        private MySingleton() { }
    }
}

单例模式分析

单例模式保证一个类仅有一个实例，并提供了一个访问它的全局访问点；单例模式拥有一个私有构造函数，确保用户不能再外界实例化它；该模式中还存在一个静态私有变量和一个静态公有工厂方法，在这个工厂方法中确保实例化自己一次，将对象保存到静态成员变量中。

单例模式的优缺点

• 优点：

  • 提供了对唯一实例的受访控制。单例类封装了它的唯一实例，所以它可以严格控制客户如何访问它。
  • 节约系统资源。在系统中只存在一个对象。
  • 允许可变数量的实例，可以基于单例模式进行扩展，在其工厂方法（获取实例的成员方法）中做控制以用来获取指定数目的实例。

• 缺点：

  • 单例模式在扩展时有很大的困难，因为单例模式没有抽象层（抽象父类）。
  • 单例类职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。它既充当了工厂角色，提供了工厂方法（获取自己的实例）；又充当了产品角色，有自己的业务逻辑；讲产品的创建与自身功能融合到了一起。
  • 滥用单例时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的单例类，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；如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而被回收（c#、Java等语言具有垃圾自动回收机制），这将导致对象状态的丢失。

适用场景

• 单例模式只允许创建一个对象，因此节省内存，加快对象访问速度，因此在对象需要被公用的场合适合使用。如：
  1. 需要频繁实例化然后销毁的对象。
  2. 创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。
  3. 有状态的工具类对象。
  4. 频繁访问数据库或文件的对象。
• 单例模式的经典使用场景：
  1. 资源共享的情况下，避免由于资源操作时导致的性能或损耗等。如上述中的日志文件，应用配置。
  2. 控制资源的情况下，方便资源之间的互相通信。如线程池等。

注意事项

1. 使用时不能用反射模式创建单例，否则会实例化一个新的对象。
2. 使用饿汉单例模式时注意线程安全问题。
3. 单例模式中构造方法都是私有的，因而是不能被继承，有些单例模式可以被继承（如登记式模式）。