设计模式-创建型-单例模式
前言：
单例模式，顾名思义，只存在一个实例。官方定义：对于类的单例模式设计，就是采取一定的方法保证在整个软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法（静态方法）。
单例模式在写法上有很多种，有饿汉式（类加载的时候实例化），懒汉式（类在使用的时候实例化），保证线程安全的写法等。具体如下：(删除线表示不推荐使用)
① 饿汉式（静态常量）
② 饿汉式（静态代码块）
③ 懒汉式（线程不安全）
④ 懒汉式（线程安全，同步方法）
⑤ 懒汉式（线程安全，同步方法）
⑥ 双重检查double check
⑦ 静态内部类
⑧ 枚举
在IOC模式中，通常使用生命周期来实现单例，如services.AddSingleton<MyClass>();
正文：
★饿汉式（静态常量）
1 internal class Program
2 {
3 private static void Main(string[] args)
4 {
5 // 测试
6 Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
7 Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
8
9 Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10 Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11 Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12 }
13 }
14
15 internal class Singleton
16 {
17 /// <summary>
18 /// 1、私有化构造函数，外部不能new
19 /// </summary>
20 private Singleton()
21 {
22 }
23
24 // 2、本类的内部创建对象实例
25 private readonly static Singleton instance = new Singleton();
26
27 // 3、提供一个公有的静态方法，返回对象实例
28 public static Singleton getInstance()
29 {
30 return instance;
31 }
32 }
view code
优缺点说明：
1、优点：写法简单，就是在类状态的时候就完成了实例化，避免线程同步问题。
2、缺点：在类装载的时候完成实例化，没有达到lazy loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。
3、这种方式基于class loader机制避免了多线程的同步问题，不过，instance在类装载时就实例化，在单例模式中大多数都是调用getInstance方法，但是导致类装载的原因有很多，因此不能确定有其他的方式导致装载，这时候初始化instance就没有达到lazy loading的效果。
结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费。
★饿汉式（静态代码块）
1 internal class Program
2 {
3 private static void Main(string[] args)
4 {
5 // 测试
6 Singleton instance1 = Singleton.GetInstance;
7 Singleton instance2 = Singleton.GetInstance;
8
9 Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10 Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11 Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12 }
13 }
14
15 internal class Singleton
16 {
17 /// <summary>
18 /// 1、私有化构造函数，外部不能new
19 /// </summary>
20 private Singleton()
21 {
22 }
23
24 public static Singleton GetInstance { get; private set; } = new Singleton();
25 }
view code
★懒汉式（线程不安全）
1 internal class Program
2 {
3 private static void Main(string[] args)
4 {
5 // 测试
6 Singleton1 instance1 = Singleton1.getInstance();
7 Singleton1 instance2 = Singleton1.getInstance();
8
9 Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10 Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11 Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12 }
13 }
14
15 internal class Singleton1
16 {
17 // 私有的静态变量
18 private static Singleton1 instance;
19
20 /// <summary>
21 /// 1、私有化构造函数，外部不能new
22 /// </summary>
23 private Singleton1()
24 {
25 }
26
27 /// <summary>
28 /// 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，即懒汉式
29 /// </summary>
30 /// <returns></returns>
31 public static Singleton1 getInstance()
32 {
33 if (instance == null)
34 {
35 instance = new Singleton1();
36 }
37 return instance;
38 }
39 }
view code
优缺点说明：
1、起到了lazy loading效果，但是只能在单线程下使用。
2、若在多线程下，一个线程进入if(singleton==null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了该判断，就会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。
结论：在实际开发中，不要使用这种方式。
★懒汉式（线程安全，同步方法）
1 internal class Program
2 {
3 private static void Main(string[] args)
4 {
5 // 测试
6 Singleton3 instance1 = Singleton3.getInstance();
7 Singleton3 instance2 = Singleton3.getInstance();
8
9 Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10 Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11 Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12 }
13 }
14
15 internal class Singleton3
16 {
17 // 定义一个静态变量来保存类的实例
18 private static Singleton3 instance;
19
20 // 定义一个标识确保线程同步
21 private static readonly object locker = new object();
22
23 /// <summary>
24 /// 私有化构造函数，外部不能new
25 /// </summary>
26 private Singleton3()
27 {
28 }
29
30 /// <summary>
31 /// 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，即懒汉式
32 /// </summary>
33 /// <returns></returns>
34 public static Singleton3 getInstance()
35 {
36 // 当第一个线程运行到这里时，此时会对locker对象 "加锁"，
37 // 当第二个线程运行该方法时，首先检测到locker对象为"加锁"状态，该线程就会挂起等待第一个线程解锁
38 // lock语句运行完之后（即线程运行完之后）会对该对象"解锁"
39 lock (locker)
40 {
41 if (instance == null)
42 {
43 instance = new Singleton3();
44 }
45 }
46 return instance;
47 }
48 }
view code
优缺点说明：
1、解决了线程不安全的问题。
2、效率太低，每个线程都想获取类实例的时候，执行getInstance()时都需要进行同步，而该方法只需要执行一次实例化代码就够了，后面想获取该类的实例直接return就可以了。
结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式。
★懒汉式（线程安全，同步代码块）
1 internal class Program
2 {
3 private static void Main(string[] args)
4 {
5 // 测试
6 Singleton4 instance1 = Singleton4.getInstance();
7 Singleton4 instance2 = Singleton4.getInstance();
8
9 Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10 Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11 Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12 }
13 }
14
15 internal class Singleton4
16 {
17 // 定义一个静态变量来保存类的实例
18 private static Singleton4 instance;
19
20 // 定义一个标识确保线程同步
21 private static readonly object locker = new object();
22
23 /// <summary>
24 /// 私有化构造函数，外部不能new
25 /// </summary>
26 private Singleton4()
27 {
28 }
29
30 /// <summary>
31 /// 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，即懒汉式
32 /// </summary>
33 /// <returns></returns>
34 public static Singleton4 getInstance()
35 {
36 if (instance == null)
37 {
38 lock (locker)
39 {
40 instance = new Singleton4();
41 }
42 }
43 return instance;
44 }
45 }
view code
优缺点说明：
1、这种方式本意上时对上述方式的改进，改为同步产生实例化的代码块。
2、但是这种方式没有解决线程安全问题。
结论：强烈不推荐。
★双重检查
1 internal class Program
2 {
3 private static void Main(string[] args)
4 {
5 // 测试
6 Singleton5 instance1 = Singleton5.getInstance();
7 Singleton5 instance2 = Singleton5.getInstance();
8
9 Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10 Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11 Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12 }
13 }
14
15 internal class Singleton5
16 {
17 // 定义一个静态变量来保存类的实例
18 private static Singleton5 instance;
19
20 // 定义一个标识确保线程同步
21 private static readonly object locker = new object();
22
23 /// <summary>
24 /// 私有化构造函数，外部不能new
25 /// </summary>
26 private Singleton5()
27 {
28 }
29
30 /// <summary>
31 /// 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，即懒汉式
32 /// </summary>
33 /// <returns></returns>
34 public static Singleton5 getInstance()
35 {
36 // 当第一个线程运行到这里时，此时会对locker对象 "加锁"，
37 // 当第二个线程运行该方法时，首先检测到locker对象为"加锁"状态，该线程就会挂起等待第一个线程解锁
38 // lock语句运行完之后（即线程运行完之后）会对该对象"解锁"
39 // 双重锁定只需要一句判断就可以了
40 if (instance == null)
41 {
42 lock (locker)
43 {
44 if (instance == null)
45 {
46 instance = new Singleton5();
47 }
48 }
49 }
50 return instance;
51 }
52 }
view code
结论：推荐使用。
★静态内部类
1 internal class Program
2 {
3 private static void Main(string[] args)
4 {
5 // 测试
6 Singleton2 instance1 = Singleton2.getInstance();
7 Singleton2 instance2 = Singleton2.getInstance();
8
9 Console.WriteLine(instance1 == instance2);
10 Console.WriteLine($"instance1.GetHashCode={instance1.GetHashCode()}");
11 Console.WriteLine($"instance2.GetHashCode={instance2.GetHashCode()}");
12 }
13 }
14
15 internal class Singleton2
16 {
17 /// <summary>
18 /// 1、私有化构造函数，外部不能new
19 /// </summary>
20 private Singleton2()
21 {
22 }
23
24 private static class SingletonInstance
25 {
26 public readonly static Singleton2 INSTANCE = new Singleton2();
27 }
28
29 /// <summary>
30 /// 提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建instance，即懒汉式
31 /// </summary>
32 /// <returns></returns>
33 public static Singleton2 getInstance()
34 {
35 return SingletonInstance.INSTANCE;
36 }
37 }
view code
优缺点说明：
1、这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
2、静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，通过getInstance方法才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton实例化。
3、类的静态属性只会在类第一次装载的时候初始化。
4、避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高。
结论：推荐使用。
★枚举
在java中提供该方式。
C#中实现了单例模式的类：
1 // 该类不是一个公开类
2 // 但是该类的实现应用了单例模式
3 internal sealed class SR
4 {
5 private static SR loader;
6 internal SR()
7 {
8 }
9 // 主要是因为该类不是公有，所以这个全部访问点也定义为私有的了
10 // 但是思想还是用到了单例模式的思想的
11 private static SR GetLoader()
12 {
13 if (loader == null)
14 {
15 SR sr = new SR();
16 Interlocked.CompareExchange<SR>(ref loader, sr, null);
17 }
18 return loader;
19 }
20
21 // 这个公有方法中调用了GetLoader方法的
22 public static object GetObject(string name)
23 {
24 SR loader = GetLoader();
25 if (loader == null)
26 {
27 return null;
28 }
29 return loader.resources.GetObject(name, Culture);
30 }
31 }
view code
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