当前位置：首页 > article >正文

【软件设计】常用设计模式--单例模式

article 2025/3/7 6:10:27

设计模式（一）

- 单例模式（Singleton Pattern）
- - 1. 概念
  - 2. 单例模式的特点
  - 3. 实现方式
  - - C#实现
    - Java实现
  - 4. 线程安全的单例模式
  - - C# 中的线程安全单例
    - Java 中的线程安全单例
  - 5. 优点
  - - 6. 缺点
  - 7. 适用场景
  - 小结

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;
    }
}