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C#面向對象設計模式縱橫談 第2講:Singleton 單件
C#面向對象設計模式縱橫談 第2講:Singleton 單件
MSDN 網絡廣播 李建忠     阅读简体中文版

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)

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單線程Singleton模式實現

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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

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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

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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:

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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

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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

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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

2013-08-22 08:41

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