【软件设计】常用设计模式--单例模式

单例模式（Singleton Pattern）

1. 概念

单例模式的核心目标是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。这意味着无论何时何地，你都可以访问到同一个对象实例。

2. 单例模式的特点

• 唯一性: 只允许一个实例存在。
• 延迟初始化: 实例在第一次使用时创建，而不是在程序启动时创建，节省资源。
• 全局访问: 通过一个全局方法来获取唯一的实例，通常是静态方法。

3. 实现方式

在不同的编程语言中，单例模式的实现可能略有不同。下面是C#和Java中的实现示例。

C#实现

public class Singleton
{private static Singleton _instance;// 私有构造函数，防止外部实例化private Singleton() { }// 公共静态方法，提供全局访问点public static Singleton Instance{get{if (_instance == null){_instance = new Singleton();}return _instance;}}public void DoSomething(){Console.WriteLine("Singleton instance is working.");}
}

访问实例: Singleton.Instance.DoSomething();

Java实现

public class Singleton {private static Singleton instance;// 私有构造函数，防止外部实例化private Singleton() { }// 公共静态方法，提供全局访问点public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}public void doSomething() {System.out.println("Singleton instance is working.");}
}

访问实例: Singleton.getInstance().doSomething();

4. 线程安全的单例模式

在多线程环境中，如果多个线程同时调用获取实例的方法，可能会创建多个实例。为了解决这个问题，我们需要在单例模式中加入线程安全的机制。

C# 中的线程安全单例

使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）来确保线程安全：

public class Singleton
{private static Singleton _instance;private static readonly object _lock = new object();private Singleton() { }public static Singleton Instance{get{if (_instance == null){lock (_lock){if (_instance == null){_instance = new Singleton();}}}return _instance;}}
}

Java 中的线程安全单例

可以使用volatile关键字和双重检查锁定来实现：

public class Singleton {private static volatile Singleton instance;private Singleton() { }public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

5. 优点

• 内存效率: 单例模式只创建一个实例，节省内存。
• 全局访问: 提供全局访问点，方便管理和控制全局资源。

6. 缺点

• 不易测试: 因为单例类紧耦合于它的唯一实例，可能导致单元测试困难。
• 隐藏的依赖: 单例模式的全局访问点可能使得依赖关系不明显，增加代码复杂性。

7. 适用场景

• 资源管理: 如线程池、数据库连接池等，需要全局唯一实例来管理资源。
• 配置管理: 应用程序配置通常需要全局访问，并且在整个生命周期中只存在一个配置实例。

小结

掌握了单例模式的基本原理和实现，可以尝试在实际项目中应用它，或者探索如何将其与其他设计模式组合使用。