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23种设计模式之单例模式（Singleton Pattern）【设计模式】

article 2025/3/9 23:15:31

文章目录

一、简介
二、关键点
三、实现单例模式的步骤
四、C#示例
- 4.1 简单的单例模式
- 4.2 线程安全的单例模式（双重检查锁定）
- 4.3 静态初始化单例模式
五、单例模式优缺点
- 5.1 优点
- 5.2 缺点
六、适用场景
七、示例的现实应用

在这里插入图片描述

一、简介

单例模式（Singleton Pattern）是一种创建型设计模式，确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问该实例。单例模式主要用于控制资源的访问，确保某些类只有一个实例，并且这个实例能够被全局访问。

二、关键点

唯一实例：确保一个类只有一个实例。
全局访问点：提供一个全局访问点来访问该实例。

三、实现单例模式的步骤

私有构造函数：防止类被实例化。
私有静态变量：持有该类的唯一实例。
公共静态方法：提供一个全局访问点来访问该实例。

四、C#示例

4.1 简单的单例模式

public class SimpleSingleton
{
    // 私有静态变量，持有唯一实例
    private static SimpleSingleton instance = null;

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private SimpleSingleton() { }

    // 公共静态方法，提供全局访问点
    public static SimpleSingleton Instance
    {
        get
        {
            if (instance == null)
            {
                instance = new SimpleSingleton();
            }
            return instance;
        }
    }
}

4.2 线程安全的单例模式（双重检查锁定）

在多线程环境中，上面的实现可能会导致多个实例的创建。为了解决这个问题，我们可以使用双重检查锁定（Double-Check Locking）来实现线程安全的单例模式。

public class ThreadSafeSingleton
{
    // 私有静态变量，持有唯一实例，并使用 volatile 关键字确保多线程可见性
    private static volatile ThreadSafeSingleton instance = null;
    private static readonly object lockObject = new object();

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private ThreadSafeSingleton() { }

    // 公共静态方法，提供全局访问点
    public static ThreadSafeSingleton Instance
    {
        get
        {
            if (instance == null)
            {
                lock (lockObject)
                {
                    if (instance == null)
                    {
                        instance = new ThreadSafeSingleton();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }
}

4.3 静态初始化单例模式

这种实现利用了 .NET 的静态构造函数，保证了线程安全性，并且代码更加简洁。

public class StaticInitializationSingleton
{
    // 静态变量，持有唯一实例
    private static readonly StaticInitializationSingleton instance = new StaticInitializationSingleton();

    // 私有构造函数，防止外部实例化
    private StaticInitializationSingleton() { }

    // 公共静态属性，提供全局访问点
    public static StaticInitializationSingleton Instance
    {
        get
        {
            return instance;
        }
    }
}