C#中的单例模式
一般的,设计模式中用到单例模式,代码通常会如下:
成都一家集口碑和实力的网站建设服务商,拥有专业的企业建站团队和靠谱的建站技术,10多年企业及个人网站建设经验 ,为成都1000+客户提供网页设计制作,网站开发,企业网站制作建设等服务,包括成都营销型网站建设,品牌网站制作,同时也为不同行业的客户提供做网站、成都网站建设的服务,包括成都电商型网站制作建设,装修行业网站制作建设,传统机械行业网站建设,传统农业行业网站制作建设。在成都做网站,选网站制作建设服务商就选创新互联建站。
public sealed class Singleton { private static Singleton instance=null; private Singleton() { } public static Singleton Instance { get { if (instance==null) { instance = new Singleton(); } return instance; } } }
代码比较简单,用到一个公有的静态属性和一个私有的静态字段。并且把构造函数设为私有,防止该类被实例化。
但上述代码在多线程情况下并不可靠。有一种情况下。2个线程在get的时候,都检测到instance==null,因此各自创建了一个Singleton对象,破坏了单例的原则。
因此改进后的代码就是加锁。
public sealed class Singleton { private static Singleton instance = null; private static readonly object padlock = new object(); Singleton() { } public static Singleton Instance { get { lock (padlock) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } } } }
加锁之后,多线程的操作也变的同步了,同一时间只能有获得锁的那个线程才能创建对象。这保证了对象的唯一,但是这个会损耗性能。
因为每次get的时候,都会加锁,因此可以把代码修改一下,如果对象已经存在了,就不需要加锁来创建对象。代码修改如下:
public sealed class Singleton { private static volatile Singleton instance = null; private static readonly object padlock = new object(); Singleton() { } public static Singleton Instance { get { if (instance == null) { lock (padlock) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } } }
仔细看一下,就会发现,上述代码中,有2次检测instance == null,因此也成为双重检测。注意,由于Java中内存模型的问题,上述双重检测代码,对Java不一定有效。
在C#代码中,考虑下面的场景,有2个线程A,B
1.A线程进入get
2.A线程检测到instance==null
3.A线程获得锁
4.A线程实例化一个对象
5.B线程进入get
6.B线程检测是否instance==null
问题出现在第4,5,6步骤。
当第4步执行的时候,很有可能出现这种情况,CLR为Singleton对象在托管堆上分配了空间,并且让instance指向了这个空间,然后再去调用Singleton的构造函数。而漏洞就在这里,线程B可能未等到线程A运行完Singleton的构造函数,就进入get检测instance!=null,认为对象不是null,然后就直接返回instance,而此时,instance指向的值还在初始化呢,这就可能导致线程B得到的对象是没完全初始化成功的,可能引起代码错误。当然,这种错误的可能性非常少见,但还是会有一定的概率。
因此,上述代码中instance变量加了一个关键字volatile,加它的作用,是为了访问这个instance的时候,确保instance分配了空间并且初始化完成了(volatile确保该字段在任何时间呈现的都是最新的值)。
如果不使用volatile关键字,也可以将instance = new Singleton();语句替换成Interlocked.Exchange(ref instance,new Singleton())。
在C#中,对于实现单例模式,更为推崇的方法是使用静态变量初始化。
有些设计模式的书中,避免使用静态初始化的原因之一是C++ 规范在静态变量的初始化顺序方面留下了一些多义性。幸运的是,.NET Framework 通过其变量初始化处理方法解决了这种多义性:
public sealed class Singleton { private static readonly Singleton instance = new Singleton(); private Singleton(){} public static Singleton Instance { get { return instance; } } }
CLR保证了静态字段初始化操作总是线程安全的,无论多少线程同时访问该类,类中的静态字段只可能被初始化一次(每个应用程序域)。
这是因为,类中的静态字段的初始化,是由类的静态构造函数完成的,C#编译器检测到类中有静态字段后,会为该类生产一个静态构造函数(可以从IL代码中看到.cctor方法),也就是说下面代码是等价的:
class SomeType{ Static int x = 5; }
等价于
class SomeType { Static int x; Static SomeType() { x = 5; } }
因此上述的instance只会初始化一次。保证了单例。这种方法使用了CLR的特性,对于其他语言并不保证,是.NET平台上推崇的一种实现singleton的方式。
上述实现方法有个不足在于不能延迟加载对象,如果Singleton中还有其他静态字段,引用该静态字段的时候,会导致Singleton被创建了。因此,可以在该类中再嵌套一个类来实现延迟加载。如下:
public sealed class Singleton { private Singleton() { } public static Singleton Instance { get { return Nested.instance; } } private class Nested { internal static readonly Singleton instance = new Singleton(); } }
上述代码,只有当访问Instance属性的时候,才会触发Nested类的静态字段,从而初始化一个Singleton对象,因此实现了延迟加载,但是设计比较复杂,不推荐使用。
在.NET4.0中,还有一种更优雅的方法实现延迟加载,即使用Lazy
public sealed class Singleton { private static readonly Lazylazy = new Lazy (() => new Singleton()); public static Singleton Instance { get { return lazy.Value; } } private Singleton() { } }
可以参考之前总结的文章http://cnn237111.blog.51cto.com/2359144/1213187
参考:
http://csharpindepth.com/Articles/General/Singleton.aspx#unsafe
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ff650316.aspx
http://mcwilling.blog.163.com/blog/static/1950971712013357359564/
NET4.0面向对象编程漫谈基础篇.金旭亮
新闻标题:C#中的单例模式
分享链接:http://scyanting.com/article/jeejic.html