一、 單例（Singleton）模式
單例模式的特點：
- 單例類只能有一個實例。
- 單例類必須自己創(chuàng)建自己的唯一實例。
- 單例類必須給所有其它對象提供這一實例。
單例模式應用：
- 每臺計算機可以有若干個打印機，但只能有一個Printer Spooler，避免兩個打印作業(yè)同時輸出到打印機。
- 一個具有自動編號主鍵的表可以有多個用戶同時使用，但數據庫中只能有一個地方分配下一個主鍵編號。否則會出現(xiàn)主鍵重復。
二、 Singleton模式的結構：
Singleton模式包含的角色只有一個，就是Singleton。Singleton擁有一個私有構造函數，確保用戶無法通過new直接實例它。除此之外，該模式中包含一個靜態(tài)私有成員變量instance與靜態(tài)公有方法Instance()。Instance方法負責檢驗并實例化自己，然后存儲在靜態(tài)成員變量中，以確保只有一個實例被創(chuàng)建。（關于線程問題以及C#所特有的Singleton將在后面詳細論述）。
三、 程序舉例：
該程序演示了Singleton的結構，本身不具有任何實際價值。
// Singleton pattern -- Structural example
using System;
// "Singleton"
class Singleton
{
// Fields
private static Singleton instance;
// Constructor
protected Singleton() {}
// Methods
public static Singleton Instance()
{
// Uses "Lazy initialization"
if( instance == null )
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
/// <summary>
/// Client test
/// </summary>public class Client
{
public static void Main()
{
// Constructor is protected -- cannot use new
Singleton s1 = Singleton.Instance();
Singleton s2 = Singleton.Instance();
if( s1 == s2 )
Console.WriteLine( "The same instance" );
}
}
四、 在什么情形下使用單例模式：
使用Singleton模式有一個必要條件：在一個系統(tǒng)要求一個類只有一個實例時才應當使用單例模式。反過來，如果一個類可以有幾個實例共存，就不要使用單例模式。
注意：
不要使用單例模式存取全局變量。這違背了單例模式的用意，最好放到對應類的靜態(tài)成員中。
不要將數據庫連接做成單例，因為一個系統(tǒng)可能會與數據庫有多個連接，并且在有連接池的情況下，應當盡可能及時釋放連接。Singleton模式由于使用靜態(tài)成員存儲類實例，所以可能會造成資源無法及時釋放，帶來問題。
五、 Singleton模式在實際系統(tǒng)中的實現(xiàn)
下面這段Singleton代碼演示了負載均衡對象。在負載均衡模型中，有多臺服務器可提供服務，任務分配器隨機挑選一臺服務器提供服務，以確保任務均衡（實際情況比這個復雜的多）。這里，任務分配實例只能有一個，負責挑選服務器并分配任務。
// Singleton pattern -- Real World example
using System;
using System.Collections;
using System.Threading;
// "Singleton"
class LoadBalancer
{
// Fields
private static LoadBalancer balancer;
private ArrayList servers = new ArrayList();
private Random random = new Random();
// Constructors (protected)
protected LoadBalancer()
{
// List of available servers
servers.Add( "ServerI" );
servers.Add( "ServerII" );
servers.Add( "ServerIII" );
servers.Add( "ServerIV" );
servers.Add( "ServerV" );
}
// Methods
public static LoadBalancer GetLoadBalancer()
{
// Support multithreaded applications through
// "Double checked locking" pattern which avoids
// locking every time the method is invoked
if( balancer == null )
{
// Only one thread can obtain a mutex
Mutex mutex = new Mutex();
mutex.WaitOne();
if( balancer == null )
balancer = new LoadBalancer();
mutex.Close();
}
return balancer;
}
// Properties
public string Server
{
get
{
// Simple, but effective random load balancer
int r = random.Next( servers.Count );
return servers[ r ].ToString();
}
}
}
/// <summary>
/// SingletonApp test
/// </summary>
///public class SingletonApp
{
public static void Main( string[] args )
{
LoadBalancer b1 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
LoadBalancer b2 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
LoadBalancer b3 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
LoadBalancer b4 = LoadBalancer.GetLoadBalancer();
// Same instance?
if( (b1 == b2) && (b2 == b3) && (b3 == b4) )
Console.WriteLine( "Same instance" );
// Do the load balancing
Console.WriteLine( b1.Server );
Console.WriteLine( b2.Server );
Console.WriteLine( b3.Server );
Console.WriteLine( b4.Server );
}
}
六、 C#中的Singleton模式
C#的獨特語言特性決定了C#擁有實現(xiàn)Singleton模式的獨特方法。這里不再贅述原因，給出幾個結果：
方法一：
下面是利用.NET Framework平臺優(yōu)勢實現(xiàn)Singleton模式的代碼：
sealed class Singleton
{
private Singleton();
public static readonly Singleton Instance=new Singleton();
} 這使得代碼減少了許多，同時也解決了線程問題帶來的性能上損失。那么它又是怎樣工作的呢？
注意到，Singleton類被聲明為sealed，以此保證它自己不會被繼承，其次沒有了Instance的方法，將原來_instance成員變量變成public readonly，并在聲明時被初始化。通過這些改變，我們確實得到了Singleton的模式，原因是在JIT的處理過程中，如果類中的static屬性被任何方法使用時，.NET Framework將對這個屬性進行初始化，于是在初始化Instance屬性的同時Singleton類實例得以創(chuàng)建和裝載。而私有的構造函數和readonly(只讀)保證了Singleton不會被再次實例化，這正是Singleton設計模式的意圖。
（摘自：http://www.cnblogs.com/huqingyu/archive/2004/07/09/22721.aspx ）
不過這也帶來了一些問題，比如無法繼承，實例在程序一運行就被初始化，無法實現(xiàn)延遲初始化等。
詳細情況可以參考微軟MSDN文章：《Exploring the Singleton Design Pattern》
方法二：
既然方法一存在問題，我們還有其它辦法。
public sealed class Singleton
{
Singleton()
{
}
public static Singleton GetInstance()
{
return Nested.instance;
}
class Nested
{
// Explicit static constructor to tell C# compiler
// not to mark type as beforefieldinit
static Nested()
{
}
internal static readonly Singleton instance = new Singleton();
}
} 這實現(xiàn)了延遲初始化，并具有很多優(yōu)勢，當然也存在一些缺點。詳細內容請訪問：《Implementing the Singleton Pattern in C#》。文章包含五種Singleton實現(xiàn)，就模式、線程、效率、延遲初始化等很多方面進行了詳細論述。
