单例模式

单例模式，也叫单子模式，是一种常用的软件设计模式。

在应用这个模式时，单例对象的类必须保证只有一个实例存在。

许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。

比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息。

这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。

实现单例模式的思路是：一个类能返回对象一个引用(永远是同一个)和一个获得该实例的方法（必须是静态方法，通常使用getInstance这个名称）；当我们调用这个方法时，如果类持有的引用不为空就返回这个引用，如果类保持的引用为空就创建该类的实例并将实例的引用赋予该类保持的引用；同时我们还将该类的构造函数定义为私有方法，这样其他处的代码就无法通过调用该类的构造函数来实例化该类的对象，只有通过该类提供的静态方法来得到该类的唯一实例。

单例模式在多线程的应用场合下必须小心使用。

如果当唯一实例尚未创建时，有两个线程同时调用创建方法，那么它们同时没有检测到唯一实例的存在，从而同时各自创建了一个实例，这样就有两个实例被构造出来，从而违反了单例模式中实例唯一的原则。

解决这个问题的办法是为指示类是否已经实例化的变量提供一个互斥锁(虽然这样会降低效率)。

构建方式通常单例模式在Java语言中，有两种构建方式：▪懒汉方式。

指全局的单例实例在第一次被使用时构建。

▪饿汉方式。

指全局的单例实例在类装载时构建。

例子在Java编程语言中，单例模式(饿汉模式)应用的例子如下述代码所示：public class Singleton {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();// Private constructor suppresses// default public constructorprivate Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return INSTANCE;}}在Java编程语言中，单例模式(懒汉模式)应用的例子如下述代码所示：public class Singleton {private static final Singleton INSTANCE = null;// Private constructor suppresses// default public constructorprivate Singleton() {}public static synchronized Singleton getInstance() {if(INSTANCE == null){INSTANCE = new Singleton();}return INSTANCE;}}在C++编程语言中，单例模式应用的例子如下述代码所示（这里仅仅提供一个示例，这个例子对多线程的情况并不是安全的）：template<typename T> class Singleton {public:static T& Instance(){static T theSingleInstance; //assumes T has a default constructorreturn theSingleInstance;}};class OnlyOne : public Singleton<OnlyOne> {private:OnlyOne(){}OnlyOne(OnlyOne& rhs){}friend class Singleton<OnlyOne>;//..rest of interface defined here};单例模式（Singleton）首先来明确一个问题，那就是在某些情况下，有些对象，我们只需要一个就可以了，比如，一台计算机上可以连好几个打印机，但是这个计算机上的打印程序只能有一个，这里就可以通过单例模式来避免两个打印作业同时输出到打印机中，即在整个的打印过程中我只有一个打印程序的实例。

简单说来，单例模式（也叫单件模式）的作用就是保证在整个应用程序的生命周期中，任何一个时刻，单例类的实例都只存在一个（当然也可以不存在）。

下面来看单例模式的结构图（图太简单了）从上面的类图中可以看出，在单例类中有一个构造函数Singleton ，但是这个构造函数却是私有的（前面是“ - ”符号），然后在里面还公开了一个GetInstance（）方法，通过上面的类图不难看出单例模式的特点，从而也可以给出单例模式的定义单例模式保证一个类仅有一个实例，同时这个类还必须提供一个访问该类的全局访问点。

先来将Singleton 写出来再说Singleton 类namespace Singleton{public class Singleton{//定义一个私有的静态全局变量来保存该类的唯一实例private static Singleton singleton;/// <summary>/// 构造函数必须是私有的/// 这样在外部便无法使用 new 来创建该类的实例/// </summary>private Singleton(){}/// <summary>/// 定义一个全局访问点/// 设置为静态方法/// 则在类的外部便无需实例化就可以调用该方法/// </summary>/// <returns></returns>public static Singleton GetInstance(){//这里可以保证只实例化一次//即在第一次调用时实例化//以后调用便不会再实例化if (singleton == null){singleton = new Singleton();}return singleton;}}}客户端代码using System;namespace SingletonTest{class Program{static void Main(string[] args){Singleton.Singleton singletonOne =Singleton.Singleton.GetInstance();Singleton.Singleton singletonTwo =Singleton.Singleton.GetInstance();if (singletonOne.Equals(singletonTwo)){Console.WriteLine("singletonOne 和 singletonTwo 代表的是同一个实例");}else{Console.WriteLine("singletonOne 和 singletonTwo 代表的是不同一个实例");}Console.ReadKey();}}}运行结果为从上面的结果可以看出来，尽管我两次访问了GetInstance（），但是我访问的只是同一个实例，换句话来说，上面的代码中，由于构造函数被设置为private 了，所以您无法再在Singleton 类的外部使用new 来实例化一个实例，您只能通过访问GetInstance（）来访问Singleton 类，GetInstance（）通过如下方式保证该Singleton 只存在一个实例：首先这个Singleton 类会在在第一次调用GetInstance（）时创建一个实例，并将这个实例的引用封装在自身类中，然后以后调用GetInstance（）时就会判断这个Singleton 是否存在一个实例了，如果存在，则不会再创建实例。

而是调用以前生成的类的实例，这样下来，整个应用程序中便就只存在一个实例了。

从这里再来总结单例模式的特点：首先，单例模式使类在程序生命周期的任何时刻都只有一个实例，然后，单例的构造函数是私有的，外部程序如果想要访问这个单例类的话，必须通过GetInstance（）来请求（注意是请求）得到这个单例类的实例。

有的时候，总是容易把全局变量和单例模式给弄混了，下面就剖析一下全局变量和单例模式相比的缺点首先，全局变量呢就是对一个对象的静态引用，全局变量确实可以提供单例模式实现的全局访问这个功能，但是，它并不能保证您的应用程序中只有一个实例，同时，在编码规范中，也明确指出，应该要少用全局变量，因为过多的使用全局变量，会造成代码难读，还有就是全局变量并不能实现继承（虽然单例模式在继承上也不能很好的处理，但是还是可以实现继承的）而单例模式的话，其在类中保存了它的唯一实例，这个类，它可以保证只能创建一个实例，同时，它还提供了一个访问该唯一实例的全局访问点。

上面呢，差不多就将单例模式的核心给介绍完了，或许，您会觉得单例模式就这么个东西啊，不就是保证只有一个实例嘛，也太简单了,如果您真这么想的话，那您就错了，因为要保证在整个应用程序生命周期中保证只有一个实例不是那么容易的，下面就来看一种情况（这里先假设我的应用程序是多线程应用程序），同时还是以前面的Demo 来做为说明，如果在一开始调用GetInstance（）时，是由两个线程同时调用的（这种情况是很常见的），注意是同时，（或者是一个线程进入if 判断语句后但还没有实例化Singleton 时，第二个线程到达，此时singleton 还是为null）这样的话，两个线程均会进入GetInstance（），而后由于是第一次调用GetInstance（），所以存储在Singleton 中的静态变量singleton 为null ，这样的话，就会让两个线程均通过if 语句的条件判断，然后调用new Singleton（）了，public static Singleton GetInstance(){if (singleton == null){singleton = new Singleton();}return singleton;}这样的话，问题就出来了，因为有两个线程，所以会创建两个实例，很显然，这便违法了单例模式的初衷了，那么如何解决上面出现的这个问题（即多线程下使用单例模式时有可能会创建多个实例这一现象）呢？其实，这个是很好解决的，您可以这样思考这个问题：由于上面出现的问题中涉及到多个线程同时访问这个GetInstance（），那么您可以先将一个线程锁定，然后等这个线程完成以后，再让其他的线程访问GetInstance （）中的if 段语句，比如，有两个线程同时到达如果singleton ！= null的话，那么上面提到的问题是不会存在的，因为已经存在这个实例了，这样的话，所有的线程都无法进入if 语句块，也就是所有的线程都无法调用语句new Singleton（）了，这样还是可以保证应用程序生命周期中的实例只存在一个，但是如果此时的singleton == null的话，那么意味着这两个线程都是可以进入这个if 语句块的，那么就有可能出现上面出现的单例模式中有多个实例的问题，此时，我可以让一个线程先进入if 语句块，然后我在外面对这个if 语句块加锁，对第二个线程呢，由于if 语句进行了加锁处理，所以这个进程就无法进入if 语句块而处于阻塞状态，当进入了if 语句块的线程完成new Singleton（）后，这个线程便会退出if 语句块，此时，第二个线程就从阻塞状态中恢复，即就可以访问if 语句块了，但是由于前面的那个线程已近创建了Singleton 的实例，所以singleton != null ，此时，第二个线程便无法通过if 语句的判断条件了，即无法进入if 语句块了，这样便保证了整个生命周期中只存在一个实例，也就是只有第一个线程创建了Singleton 实例，第二个线程则无法创建实例。