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C#面向對象設計模式縱橫談 第2講：Singleton 單件
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2005.10.25 李建忠
模式分類
從目的來看：
-創建型（Creational）模式：負責對象創建
-結構型（Structural）模式：處理類與對象間的組合
-行為型（Behavioral）模式：類與對象交互中的職責分配
從范圍來看：
-類模式處理類與子類的靜態關系
-對象模式處理對象間的動態關系
動機（Motivation）
在軟件系統中，經常有這樣一些特殊的類，必須保證它們在系統中只存在一個實例，才能確保它們的邏輯正確性、以及良好的效率。
如何繞過常規的構造器，提供一種機制來保證一個類只有一個實例？
這應該是類設計者的責任，而不是使用者的責任
意圖（Intent）
保證一個類僅有一個實例，并提供一個該實例的全局訪問點
——《設計模式GoF》
結構（Structure）
單線程Singleton模式實現
私有的實例構造器是為了屏蔽默認產生的構造器，讓類的使用者無法調用構造器。
單線程Singleton模式的幾個要點
Singleton模式中的實例構造器可以設置為protected以允許子類派生。
Singleton模式一般不要支持ICloneable接口，因為這可能會導致多個對象實例，與Singleton模式的初衷違背。
Singleton模式一般不要支持序列化，因為這也有可能導致多個對象實例，同樣與Singleton模式的初衷違背。
Singleton模式只考慮到了對象創建的管理，沒有考慮對象銷毀的管理。就支持垃圾回收平臺和對象的開銷來講，我們一般沒有必要對其銷毀進行特殊的管理。
不能應對多線程環境：在多線程環境下，使用Singleton模式仍然有可能得到Singleton類的多個實例對象。
多線程Singleton模式實現
volatile修飾：編譯器在編譯代碼的時候會對代碼的順序進行微調，用volatile修飾保證了嚴格意義的順序。一個定義為volatile的變量是說這變量可能會被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會去假設這個變量的值了。精確地說就是，優化器在用到這個變量時必須每次都小心地重新讀取這個變量的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。
使用.NET類型初始化機制實現多線程Singleton模式
以上是內聯初始化（生成的同時進行初始化）的單例模式，它等同于：
內聯初始化其實是把靜態的字段放到靜態構造器去初始化。反編譯出內聯初始化的代碼可以看出以上結論
只要想訪問靜態字段，必定已經在之前執行了靜態構造器。這樣也能夠精確地保證使用的時候一定能拿到實例，如果不使用也不會實例化對象，也就是延時加載的功能。他同樣能夠支持多線程環境，因為只可能有一個線程執行靜態構造器，不可能有多個線程去執行靜態構造器，感覺就是程序已經自動為我們加鎖了。
它的一點弊端就是它不支持參數化的實例化方法。在.NET里靜態構造器只能聲明一個，而且必須是無參數的，私有的。因此這種方式只適用于無參數的構造器。
Singleton模式擴展
將一個實例擴展到n個實例，例如對象池的實現。（n不是指無限個實例，而是固定的某個數）
將new構造器的調用轉移到其他類中，例如多個類協同工作環境中，某個局部環境只需要擁有某個類的一個實例。
理解和擴展Singleton模式的核心是“如何控制用戶使用new對一個類的實例構造器的任意調用”。
.NET框架中的Singleton應用
t1==t2 這說明，GetType方法獲得的Type實例都是單例。
HttpContext.Current也是如此，他們是通過Singleton的擴展方式實現的，他們的單例也并不是覆蓋所有領域，只是針對某些局部領域中，是單例的，不同的領域中還是會有不同的實例。
推薦參考書
《設計模式：可復用面向對象軟件的基礎》 GoF
《面向對象分析與設計》 Grady Booch
《敏捷軟件開發：原則、模式與實踐》 Robert C.Martin
《重構：改善既有代碼的設計》 Martin Fowler
《Refactoring to Patterns》 Joshua Kerievsky
2010.9.21
MSDN 網絡廣播 李建忠 2013-08-22 08:41:18
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