[C#.NET 拾遺補漏]06:單例模式實佳實踐

精緻碼農發表於2020-07-29

大家好,這是【C#.NET 拾遺補漏】專輯的第 06 篇文章。今天講講大家熟悉的單例模式。

單例模式大概是所有設計模式中最簡單的一種,如果在面試時被問及熟悉哪些設計模式,你可能第一個答的就是單例模式。

單例模式的實現分為兩種:餓漢式懶漢式。前者是在靜態建構函式執行時就立即例項化,後者是在程式執行過程中第一次需要時再例項化。兩者有各自適用的場景,實現方式也都很簡單,唯一在設計時要考慮的一個問題就是:例項化時需要保證執行緒安全。

餓漢式

餓漢式實現很簡單,在靜態建構函式中立即進行例項化:

public class Singleton
{
    private static readonly Singleton _instance;
    static Singleton()
    {
        _instance = new Singleton();
    }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return _instance;
        }
    }
}

注意,為了確保單例性,需要使用 readonly 關鍵字宣告例項不能被修改。

以上寫法可簡寫為:

public class Singleton
{
    private static readonly Singleton _instance = new Singleton();
    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            return _instance;
        }
    }
}

這裡的 new Singleton() 等同於在靜態建構函式中例項化。在 C# 7 中還可以進一步簡寫如下:

public class Singleton
{
    public static Singleton Instance { get; } = new Singleton();
}

一句程式碼就搞定了,此寫法,例項化也是在預設的靜態建構函式中進行的。如果是餓漢式需求,這種實現是最簡單的。有人會問這會不會有執行緒安全問題,如果多個執行緒同時呼叫 Singleton.Instance 會不會例項化了多個例項。不會,因為 CLR 確保了所有靜態建構函式都是執行緒安全的

注意,不能這麼寫:

public class Singleton
{
    public static Singleton Instance => new Singleton();
}

// 等同於:
public class Singleton
{
    public static Singleton Instance
    {
        get { return new Singleton(); }
    }
}

這樣會導致每次呼叫都會建立一個新例項。

懶漢式

懶漢式單例實現需要考慮執行緒安全問題,先來看一段經典的執行緒安全的單列模式實現程式碼:

public sealed class Singleton
{
    private static volatile Singleton _instance;
    private static readonly object _lockObject = new Object();

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                lock (_lockObject)
                {
                    if (_instance == null)
                    {
                        _instance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return _instance;
        }
    }
}

網上搜尋 C# 單例模式,大部分都是這種使用 lock 來確保執行緒安全的寫法,這是經典標準的單例模式的寫法,沒問題,很放心。在 lock 裡外都做一次 instance 空判斷,雙保險,足以保證執行緒安全和單例性。但這種寫法似乎太麻煩了,而且容易寫錯。早在 C# 3.5 的時候,就有了更好的寫法,使用 Lazy<T>

示例程式碼:

public class LazySingleton
{
    private static readonly Lazy<LazySingleton> _instance =
        new Lazy<LazySingleton>(() => new LazySingleton());

    public static LazySingleton Instance
    {
        get { return _instance.Value; }
    }
}

呼叫示例:

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var instance = LazySingleton.Instance;
    }
}

使用 Lazy<T> 可以使物件的例項化延遲到第一次被呼叫的時候執行,通過訪問它的 Value 屬性來建立並獲取例項,並且讀取一個 Lazy<T> 例項的 Value 屬性只會執行一次例項化程式碼,確保了執行緒安全。

祝,編碼愉快!

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